Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/51507
Title: Формирование и исследование плазменного градиентного покрытия с верхним слоем оксида гафния
Other Titles: Formation and investigation of plasma gradient coating with upper hafnium oxide layer
Authors: Савушкина, Светлана Вячеславовна
Полянский, Михаил Николаевич
Высотина, Елена Александровна
Ашмарин, Артем Александрович
Savushkina, Svetlana Vyacheslavovna
Polyansky, Mikhail Nikolaevich
Vysotina, Elena Alexandrovna
Ashmarin, Artem Aleksandrovich
Keywords: оксид гафния; плазменное напыление; термический анализ; наноструктурные покрытия; теплозащитные покрытия; градиентные покрытия; авиационная техника; ракетная техника; hafnium oxide; barrer coating; nanostructured coating; gradient coating; plasma spraying; thermal analysis
Issue Date: 2018
Publisher: Томский политехнический университет
Citation: Формирование и исследование плазменного градиентного покрытия с верхним слоем оксида гафния / С. В. Савушкина [и др.] // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов. — 2018. — Т. 329, № 10. — [С. 30-39].
Abstract: Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения рабочей температуры и термоциклической стойкости теплозащитного покрытия для защиты от перегрева теплонапряженных узлов авиационной, ракетной техники, а также для теплоизоляции секторов-герметизаторов буровых коронок для бурения скважин в горных породах. Цель исследования: формирование методом плазменного напыления в вакууме наноструктурного градиентного покрытия с верхним слоем оксида гафния, имеющего плавное изменение химического состава и коэффициента теплового расширения. Объекты: трехслойные покрытия и градиентные наноструктурные покрытия с верхним слоем оксида гафния. Оксид гафния является привлекательным керамическим компонентом теплозащитного покрытия благодаря высокой химической, механической стабильности и его повышенным температурам фазовых переходов. Методы: растровая электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, рентгеновская дифракция и термический анализ. Результаты. Получены трехслойные наноструктурные покрытия толщиной до 120 мкм, содержащие слои NiC o C r AlY, ZrO 2 - 7 % Y 2 O 3 и HfO 2 - 9 % Y 2 O 3 , и градиентные наноструктурные покрытия NiCoCrAlY - (ZrO 2 - 7 % Y 2 O 3 +NiCoCrAlY) - ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 - (ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 +HfO 2 -9 %Y 2 O 3 ) - HfO 2 9 %Y 2 O 3 . Показано, что в трехслойном покрытии на границе слоев ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 и HfO 2 -9 %Y 2 O 3 формируется слой смешения толщиной ~5 мкм, характеризующий средний размер микрочастиц в покрытии. Для градиентных покрытий керамический слой однородный и представляет собой целостную структуру. Слой оксида гафния характеризуется кубической модификацией, слой ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 +HfO 2 -9 %Y 2 O 3 -псевдокубической модификацией, а ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 - преимущественно тетрагональной фазой. Термический анализ верхнего слоя оксида гафния показал наличие экзотермической реакции в диапазоне температур 1300…1600 °С, сопровождающейся потерей массы в 2 %, что может быть связано с частичным выходом стабилизирующего оксида из кристаллической решетки оксида гафния, его перераспределением, уменьшением дефектности и внутренних напряжений в покрытии. Рентгеновская дифрактометрия показала сохранение кубической структуры оксида гафния после термического анализа при уменьшении параметра кристаллической решетки а.
The relevance of the research is caused by the need to increase the operating temperature and thermocyclic resistance of the thermal barrier coating to protect heat-stressed details of aircraft and rocket technology against overheating, as well as for thermal insulation of sealing sectors of drilling columns for drilling wells in rocks. The main aim of the research is formation of nanostructured gradient coating with an upper layer of hafnium oxide, that has a gradient of chemical composition and coefficient of thermal expansion, by the method of plasma spraying in vacuum. Objects of the research are three-layer coatings and gradient nanostructured coatings with the upper layer of hafnium oxide. Hafnium oxide is an attractive ceramic component of thermal barrier coating due to its high chemical, mechanical stability and its elevated temperatures of phase transitions. Methods: scanning electron microscopy, X-ray microanalysis, X-ray diffraction and thermal analysis. Results. Three-layer nanostructured coatings with the thickness up to 120 µm containing layers of NiCoCrAlY, ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 , HfO 2 -9 %Y 2 O 3 and gradient nanostructured coatings NiCoCrAlY - (ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 + NiCoCrAlY) - ZrO 2 -7 % Y 2 O 3 - (ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 + HfO 2 -9 %Y 2 O 3 ) - HfO 2 -9 %Y 2 O 3 were obtained. It is shown that a mixing layer with a thickness of ~5 µm is formed in a three-layer coating at the interface of ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 and HfO 2 -9 %Y 2 O 3 layers. It characterizes the average microparticle size in the coating. The ceramic layer of gradient coatings is uniform and has a holistic structure. The hafnium oxide layer is characterized by a cubic modification, (ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 + HfO 2 -9 %Y 2 O ) layer by pseudocubic modification, and the ZrO 2 -7 %Y 2 O 3 contains predominantly a tetragonal phase. Thermal analysis of the upper layer of hafnium oxide showed the presence of an exothermic reaction in the temperature range of 1300...1600 °C, accompanied by a mass loss of 2 %, that may be related to the partial release of the stabilizing oxide from the hafnium oxide lattice, its redistribution, a decrease in defectiveness and internal stresses in the coating. X-ray diffraction method showed the preservation of the cubic structure of hafnium oxide after thermal analysis with a decrease in the lattice parameter a.
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/51507
ISSN: 2413-1830
Appears in Collections:Известия ТПУ

Files in This Item:
File SizeFormat 
bulletin_tpu-2018-v329-i10-03.pdf1,03 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.