Защита от высокотемпературной коррозии.

Жаростойкие покрытия. Несмотря на различия в условиях, в которых работа-ют покрытия, сформированы следующие требования, которым должны удовлетворять жаростойкие покрытия.

1. Обеспечить защиту от высокотемпературной коррозии в течение заданного межремонтного ресурса.

2. Иметь высокую термостойкость, не разрушаться под действием значительных термических и механических напряжений (обладать достаточной прочностью как при высоких, так и при низких температурах; близость температурных коэффициентов линейного расширения покрытия и защищаемого сплава).

3. Быть стабильным, диффузионный обмен между покрытием и защищаемым сплавом должен быть минимальным. Для подавления диффузии в покрытия вводят элементы, замедляющие её, например тантал и вольфрам.

4. Быть технологичным, экономичным и ремонтопригодным.

Жаростойкие покрытия по характеру взаимодействия с подложкой и особен-ностям технологии делят на диффузионные и конденсационные. Диффузионные пок-рытия чаще всего получают методом порошков или осаждением алюминия и других элементов из газовой фазы. Диффузионные покрытия отличаются хорошим сцеплени-ем с подложкой, равномерностью по толщине, экономичностью. Их недостаток состо-ит в том, что трудно, а иногда и невозможно получить покрытие заранее заданного состава, с включением элементов, повышающих его защитные свойства. Конденса-ционные покрытия получают осаждением паров либо плазмы заданного состава на поверхность защищаемой детали. Пары получают путём испарения металла электрон-ным лучом, плазму — путём распыления металлического порошка, или, зажигая элек-трическую дугу между катодом, имеющим состав осаждаемого на деталь сплава, и анодом. Для обеспечения сцепления покрытия с подложкой пары или плазму осажда-ют на нагретую примерно до 900°С деталь. Зона диффузионного взаимодействия пок-рытия и подложки составляет несколько микрометров. Главным преимуществом тех-нологий получения конденсационных покрытий является возможность получения пок-рытия любого состава. Однако такие покрытия в несколько раз дороже диффузионных, а методы нанесения и контроля конденсационных покрытий не обеспечивают полной гарантии хорошего сцепления покрытия с подложкой. Кроме того, плазменные покры-тия являются пористыми.

Наиболее ранним, известным с 1915 года, способом получения жаростойких пок-рытий является алитирование в смеси порошков, состоящих из ферроалюминия, содер-жащего 50% А1 и хлористого аммония. Процесс чаще всего ведут при 950 °С в тече-ние 6–8 часов. Покрытие обладает достаточно высокой жаростойкостью, но мало-пластично и может растрескиваться при местных деформациях, равных 0,2–0,3%. Тре-щины из покрытия проникают в материал детали и понижают её прочность. Жаро-стойкие покрытия, обладающие более высокой сопротивляемостью растрескиванию при термомеханических нагрузках, получают методом диффузионного насыщения хромом и алюминием в вакууме. Порошковая смесь предварительно отжигается в сре-де аргона при температуре 900 °С. Процесс ведут в вакуумных печах при темпера-турах 1000–1200°С. Более высокой жаростойкостью обладают диффузионные комп-лексные покрытия, которые получают путём никельхромирования с последующим хромоалитированием в вакууме. Для того, чтобы затруднить диффузионный перенос, в покрытие вводят тантал, вольфрам и другие элементы, а чтобы уменьшить скалывание оксидной плёнки вводят иттрий. Такие сложные многокомпонентные покрытия в ряде случаев получают комбинацией методов, например плазменного электродугового ва-куумного распыления, а затем диффузионного насыщения алюминием и хромом в ва-кууме. Комбинированные покрытия обладают более высокой жаростойкостью, проч-ностью и стабильностью. Долговечность покрытий уменьшается с увеличением темпе-ратуры.

Теплозащитные покрытия. Для уменьшения температуры и термических нап-ряжений высокотемпературных деталей двигателей применяют теплозащитные по-крытия (ТЗП). Главным элементом такого покрытия является керамический слой с низкой теплопроводностью. Наиболее подходящей основой для ТЗП является диоксид циркония. Чистый диоксид циркония при нагревании и охлаждении от высоких темпе-ратур претерпевает полиморфные превращения, которые сопровождаются изменения-ми объёма и формированием больших внутренних напряжений, которые приводят к разрушению диоксида циркония. Поэтому в диоксид циркония вводят стабилизаторы, которые подавляют полиморфные превращения. В качестве стабилизаторов обычно используют оксид иттрия. Керамика имеет плохое сцепление с обычными жаропроч-ными сплавами, быстро отслаивается от их поверхности. С целью повышения долго-вечности и жаростойкости ТЗП вначале на поверхность детали наносят металлическое покрытие, которое характеризуется хорошими жаростойкостью и пластичностью при высоких температурах, а затем на связующее покрытие наносят слой керамики. Тол-щину всего покрытия выбирают 0,1–0,4 мм, толщину металлического покрытия — 0,04–0,12 мм. Основными методами получения ТЗП являются плазменный и электрон-но-лучевой. При плазменном методе расплавленные частицы порошка с большой ско-ростью перемещаются к поверхности детали и формируют покрытие. Электронно-лу-чевые покрытия получают путём расплавления и испарения керамики с помощью электронного луча. Пары керамики осаждаются на вращающиеся лопатки и образуют покрытие. Исчерпание защитных свойств ТЗП происходит путём растрескивания и скалывания керамического слоя. Долговечность плазменного ТЗП зависит от темпера-туры: при 1200 °С — десятки одночасовых циклов нагрева и охлаждения, при 1100 °С — сотни, а при 1000 °С — свыше тысячи одночасовых циклов. Долговечность элек-тронно-лучевых ТЗП в несколько раз больше, чем плазменных.