Преимущества порошка YSZ 11-125 мкм для термобарьерного покрытия лопаток двигателей
При использовании порошка стабилизированного иттрием циркония (порошка YSZ, обычно 8% Y₂O₃-ZrO₂) в теплозащитном покрытии (ТЗП) лопаток двигателей в диапазоне размеров частиц 11–125 мкм он обладает следующими значительными преимуществами:
1. Отличная теплопроводность и теплоизоляционные характеристики
— Низкая теплопроводность (2,2-2,9 Вт/м·К): эффективно снижает температуру основного металла и продлевает срок службы лезвия.
— Высокий коэффициент термического расширения (10-11×10⁻⁶/K): близок к подложке из жаропрочного сплава на основе никеля, что снижает напряжение на границе раздела при термоциклировании.
2. Стабильность фазы при высоких температурах
— Тетрагональная метастабильная фаза (t’-фаза): долговременная стабильность при 1200-1400°C, исключающая расширение объема и растрескивание покрытия, вызванное переходом в моноклинную фазу (m-фаза) при охлаждении. 8% моль YSZ-порошок химически инертен в среде сгорания углеводородов газотурбинных двигателей.
— Эффект легирования иттрием: Y₂O₃ подавляет фазовые превращения и повышает надежность покрытия при эксплуатации в условиях высоких температур.
3. Хорошая стойкость к тепловому удару
— Высокая вязкость разрушения: поглощение энергии посредством механизма упрочнения фазового превращения (вызванное напряжением фазовое превращение t→m) для замедления распространения трещин.
— Оптимизированный размер частиц: порошок размером 11–125 мкм обеспечивает баланс между плотностью покрытия (снижение пористости) и устойчивостью к деформации (соответствующая пористость для снятия напряжений).
4. Отличная стойкость к спеканию и химическая стабильность.
— Устойчивость к высокотемпературному спеканию: крупный размер частиц (125 мкм) уменьшает удельную площадь поверхности и препятствует упрочнению покрытия, вызванному чрезмерным ростом зерен при высокой температуре (>1200°C).
— Химическая инертность: устойчив к коррозии CMAS (кальциево-магниевый силикат алюминия) в дымовых газах и эрозии в окислительных средах.
5. Адаптируемость процесса
— Подходит для плазменного напыления (APS) или газопламенного напыления: диапазон размеров частиц 11–125 мкм обеспечивает текучесть порошка и образование равномерного покрытия (типичная толщина 100–500 мкм).
— Высокая эффективность осаждения: крупные частицы снижают долю нерасплавленных частиц при распылении и улучшают прочность сцепления покрытия.
6. Улучшенная коррозионная стойкость CMAS
— Крупнозернистая структура: снижает скорость проникновения расплава CMAS, а легирование (например, Al₂O₃/Ta₂O₅) может дополнительно замедлить коррозию.
Стабилизированный иттрием диоксид циркония (11–125 мкм) стал предпочтительным материалом для термозащитного покрытия лопаток авиационных двигателей и газовых турбин благодаря своей высокотемпературной фазовой стабильности, теплоизоляции, стойкости к тепловым ударам и простоте в обработке.
