Модифицирование структуры теплозащитных плазменных покрытий за счет последующей высокоэнергетической обработки

Abstract

Объектом исследований являются технология получения многослойных теплозащитных покрытий на основе частично стабилизированного диоксида циркония, технологии их лазерной и импульсно-плазменной обработки. Цель исследований – разработка технологических принципов нанесения плазменных многослойных теплозащитных покрытий на основе частично стабилизированного диоксида циркония (ЧСДЦ),а так же оптимизация технологических параметров их лазерной и импульсно-плазменной обработки. Оптимизированы процессы нанесения теплозащитных покрытий на основе частично стабилизированного диоксида циркония. Показано, что теплозащитное покрытие должно иметь градиентное строение с плавным изменением коэффициента термического расширения по слоям покрытия и монотонное изменение основных физико-механических свойств (пористости, прочности сцепления) в поперечном сечении, после высокоэнергетической обработки плотный наружный слой должен содержать максимальное количество тетрагональной фазы, иметь сильно измельченную структуру, с равномерной концентрацией оксида иттрия в объеме покрытия, что связано в первую очередь с быстрым охлаждением покрытия после высокоэнергетической обработки, которая подавляет диффузионные процессы, приводящие к перераспределению оксида иттрия. Исследовано влияние параметров плазменной струи на общую пористость керамического слоя ТЗП и влияние общей пористости на стойкость к термоциклированиюю. Исследовано влияние параметров высокоэнергетической обработки на технологические характеристики ТЗП. После обработки импульсным СО2-лазером в покрытии образуется сильно измельченная структура, исчезает моноклинная модификация ZrO2, фактически получается 100% тетрагональная модификация, причем линии тетрагонального ZrO2 смещаются в сторону уменьшения параметров решетки. При этом происходит выравнивание концентрации оксида иттрия в объеме покрытия, поскольку быстрое охлаждение покрытий после лазерной обработки подавляет диффузионные процессы, приводящие к перераспределению оксида иттрия, идентифицируется также сложный оксид Y0,15Zr0,85O1,93. При исследовании и оптимизации импульсной обработки варьировали дистанцию воздействий и количество импульсов цикла. Критерием оптимизации служила максимальная термостойкость. Результаты исследований показывают, что при обработке теплозащитного покрытия ZrO2-7%Y2O3 оптимальная дистанция импульсно-плазменного воздействия составляет 80мм, оптимальное количество импульсов – 1. При этом исходная поверхность напыленной керамики с развитым рельефом заметно выравнивается и расрескивается, разделяясь на крупные фрагменты с размером 20...30 мкм.