Научная статья на тему 'ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, ФОРМИРУЕМЫЕ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ, БЛИЗКИХ К РАБОЧИМ'

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, ФОРМИРУЕМЫЕ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ, БЛИЗКИХ К РАБОЧИМ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
71
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ / НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ / ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГАЗОВАЯ КОРРОЗИЯ / ТЕТРАБОРИД КРЕМНИЯ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Денисова Валентина Сергеевна

Разработаны составы и технология получения жаростойких покрытий на основе тугоплавких стекол и модифицирующих соединений для защиты деталей из жаропрочных никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии при эксплуатации. Особенностью разработанных покрытий является возможность их формирования в окислительной атмосфере при температурах, близких к рабочим. Основой жаростойкого покрытия являются тугоплавкие фритты системы BaO-Al2O3-SiO2, при этом добавка тетраборида кремния SiB4 позволяет получать покрытия, температура формирования которых близка к их рабочей температуре. Небольшая плотность, недефицитность и невысокая стоимость сырья, относительно простая технология получения делают эти материалы конкурентоспособными. По своим эксплуатационным свойствам данный класс жаростойких покрытий превосходит отечественные и зарубежные аналоги и является перспективным материалом для применения в горячих узлах жидкостных реактивных и газотурбинных двигателей. Разработанные жаростойкие покрытия позволяют обеспечить эффективную защиту никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии и возгорания при температурах вплоть до 1 250 °С.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Денисова Валентина Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HIGH-TEMPERATURE GLASS-CERAMIC COATINGS TO PROTECT NICKEL ALLOYS FORMED AT NEAR-OPERATING TEMPERATURES

Compositions and manufacturing processes have been developed for heat-resistant coatings based on refractory glasses and modifying compounds to protect parts made of heat-resistant nickel alloys and corrosion-resistant steels against high-temperature gas corrosion during operation. A special feature of the developed coatings is the ability to form them in an oxidizing atmosphere under near-operational temperatures. The basis of the heat-resistant coating are refractory frits in BaO-Al2O3-SiO2 system, with the addition of silicon tetraboride SiB4 permitting to obtain coatings, the forming temperature of which is near to their operating temperature. Low density, availability of supply and low cost of raw materials, with relatively simple manufacturing process give these materials a competitive edge. The operational properties of this class of heat-resistant coatings are superior to those of their Russian and foreign-made counterparts, and its use seems promising in hot assemblies of liquid-propulsion jets and gas turbine engines. The developed heat-resistant coatings make it possible to provide an efficient protection of nickel alloys and corrosion-resistant steels against high-temperature gas corrosion and combustion at temperatures of up to 1 250 °C.

Текст научной работы на тему «ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, ФОРМИРУЕМЫЕ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ, БЛИЗКИХ К РАБОЧИМ»

УДК 666.266.6-135

высокотемпературные стеклокерамические покрытия для защиты никелевых сплавов, формируемые при температурах, близких к рабочим

© 2018 г. денисова в.С.

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (ВИАМ) Ул. Радио, 17, г. Москва, Российская Федерация, 105005, e-mail: admin@viam.ru

Разработаны составы и технология получения жаростойких покрытий на основе тугоплавких стекол и модифицирующих соединений для защиты деталей из жаропрочных никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии при эксплуатации. Особенностью разработанных покрытий является возможность их формирования в окислительной атмосфере при температурах, близких к рабочим. Основой жаростойкого покрытия являются тугоплавкие фритты системы BaO-Al2O3-SiO2, при этом добавка тетраборида кремния SiB4 позволяет получать покрытия, температура формирования которых близка к их рабочей температуре. Небольшая плотность, недефицитность и невысокая стоимость сырья, относительно простая технология получения делают эти материалы конкурентоспособными. По своим эксплуатационным свойствам данный класс жаростойких покрытий превосходит отечественные и зарубежные аналоги и является перспективным материалом для применения в горячих узлах жидкостных реактивных и газотурбинных двигателей. Разработанные жаростойкие покрытия позволяют обеспечить эффективную защиту никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии и возгорания при температурах вплоть до 1 250 °С.

Ключевые слова: стеклокерамические покрытия, никелевые сплавы, высокотемпературная газовая коррозия, тетраборид кремния.

high-temperature glass-ceramic coatings to protect

NICKEL alloys FORMED AT NEAR-OpERATING TEMpERATuRES

Denisova V.S.

FSUE All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials (VIAM) 17 Radio str., Moscow, 105005, Russian Federation, e-mail: admin@viam.ru

Compositions and manufacturing processes have been developed for heat-resistant coatings based on refractory glasses and modifying compounds to protect parts made of heat-resistant nickel alloys and corrosion-resistant steels against high-temperature gas corrosion during operation. A special feature of the developed coatings is the ability to form them in an oxidizing atmosphere under near-operational temperatures. The basis of the heat-resistant coating are refractory frits in BaO-Al2O3-SiO2 system, with the addition of silicon tetraboride SiB4 permitting to obtain coatings, the forming temperature of which is near to their operating temperature. Low density, availability of supply and low cost of raw materials, with relatively simple manufacturing process give these materials a competitive edge. The operational properties of this class of heat-resistant coatings are superior to those of their Russian and foreign-made counterparts, and its use seems promising in hot assemblies of liquid-propulsion jets and gas turbine engines. The developed heat-resistant coatings make it possible to provide an efficient protection of nickel alloys and corrosion-resistant steels against high-temperature gas corrosion and combustion at temperatures of up to 1 250 °C.

Key words: glass-ceramic coatings, nickel alloys, high-temperature gas corrosion, silicon tetraboride.

ДЕНИСОВА Валентина Сергеевна e-mail: vdenisova@outlook.com DENISOVA Valentina Sergeevna e-mail: vdenisova@outlook.com

инженер 2 категории ВИАМ, Engineer 2 category at VIAM,

ДЕНИСОВА B.C.

Введение

Разработка и создание перспективных изделий космической техники непосредственно связаны с внедрением новых конструкционных и функциональных материалов. В конструкции практически всех отечественных газотурбинных и жидкостных реактивных двигателей применяются жаростойкие эмалевые покрытия, длительно обеспечивающие надежную защиту жаропрочных никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии при температурах до 1 100 °С.

Широкое внедрение жаростойких эмалевых покрытий обусловлено присущим им рядом преимуществ:

• высокая технологичность в сравнении с большинством современных методов, при которых требуется сложное специальное оборудование, например, с газопламенным или ионно-плазменным нанесением;

• высокая адгезия жаростойких эмалевых покрытий к защищаемому субстрату за счет образования промежуточного слоя при высокотемпературном обжиге;

• возможность нанесения жаростойких эмалей на габаритные детали широкой номенклатуры сплавов (размер детали ограничен лишь размерами рабочего объема печи для обжига);

• ремонтоспособность эмалей за счет применения технологии ремонта, разработанной ВИАМ [1];

• сплошность, незначительная пористость, высокая сопротивляемость диффузии компонентов газовой среды в сплав и из сплава — в покрытие;

• возможность за счет применения одного слоя покрытия решения ряда задач, связанных с необходимостью обеспечения защиты от высокотемпературной газовой коррозии, применения электроизолирующего слоя, радиационно-стойкого покрытия, теплозащиты, повышения эрозионной стойкости и др.

Для защиты корпусов турбонасосных агрегатов (ТНА) от возгорания при эксплуатации жидкостных ракетных двигателей применяются стеклокерамические и металлокерамические покрытия (рис. 1). Ввиду сложной конфигурации и технологических особенностей получения защищаемых деталей из жаропрочных никелевых сплавов ЭП202, ЖС3ДК и др., жаростойкие эмали являются наиболее оптимальным вариантом покрытия для защиты деталей ТНА при эксплуатации. Технология нанесения эмалевых покрытий, не требующая применения сложного оборудования, позволяет получать бездефектные слои покрытия на литых деталях ТНА сложной конфигурации. Выбор оптимального химического состава покрытий позволяет проводить обжиг покрытий при температурах, не приводящих к потере прочностных свойств деталей из жаропрочных никелевых сплавов.

Рис. 1. Сегмент турбонасосного агрегата (с жаростойкой эмалью) двигателя НК-33. Материал сегмента — жаропрочный никелевый сплав ЭП202

В связи с разработкой новых жаропрочных никелевых сплавов, прежде всего на основе №-Со-Сг, работоспособных при температурах вплоть до 1 250 °С, актуальной становится задача по разработке высокожаростойких покрытий на основе тугоплавких стекол и керамических модифицирующих соединений. Традиционные жаростойкие эмали уже не способны обеспечить защиту металлов при столь высоких температурах, при этом также известно, что обжиг жаростойких эмалей проводят при температурах, превышающих рабочие на 200...300 °С [2]. Таким образом, применение традиционных составов жаростойких эмалей при рабочих температурах 1 200.1 250 °С требует обжига данных покрытий при температурах до 1 500 °С, что привело бы к короблению деталей, разупрочнению и потере свойств металлических конструкций.

Решить проблему высокотемпературной защиты сплавов позволит имеющийся опыт по разработке эрозионностойких покрытий для теплозащиты орбитального корабля «Буран» (рис. 2). Для данных покрытий впервые был применен термин «реакционноотверждаемые», отражающий характерную особенность таких покрытий — формирование при температурах, близких к рабочим, с одновременным повышением температуроустойчивости. Так, данные покрытия эффективно защищают плиточную теплозащиту при рабочих температурах до 1 250 °С в условиях различных аэродинамических режимов, при этом формирование таких покрытий проводят при температурах около 1 270 °С. Это стало возможным благодаря оптимизации химического состава и введению добавок типа боридов и силицидов, которые окисляются при формировании с образованием стеклообразующих оксидов, способствуя формированию новой структуры жаростойких покрытий.

Известно, что введение тетрабори-да кремния 31В4 способствует снижению температуры формирования покрытий на основе тугоплавких стекол, однако результаты анализа научно-технических данных свидетельствуют, что разработанные в настоящее время композиции жаростойких покрытий, содержащие 81Б4, не работоспособны при температурах 1 200-1 250 °С [3]. В связи с этим исследование возможности модифицирования жаростойких покрытий на основе многокомпонентных стекол неоксидными тугоплавкими наполнителями,

прежде всего, боридами и силицидами, а также введение в состав стеклофритт высокой тугоплавкости является актуальным для решения задач по защите современных никелевых сплавов. Наиболее перспективными для изучения являются составы на основе многокомпонентных фритт системы Ба0-А1203-8Ю2, дополнительно содержащие Б1В4 в количестве 1-15 масс. %.

а)

б)

Рис. 2. Фрагмент плиточной теплозащиты ОК «Буран» с эрозионностойким покрытием (а) и его схема (б): 1 — эро-зионностойкое покрытие (толщина 200...400мкм); 2 — плитка из супертонких особо чистых кварцевых волокон (среднее значение диаметра волокна в материале 2,0..3,2 мкм)

Из научно-технических источников известно [4], что смесь оксидов бора и кремния в расплавленном состоянии полностью смешивается. В системе Б2О3-8Ю2 могут выделяться обособленные нано-размерные области БЮ2 и В203, которые рассматриваются как микроликвация, отмечается также возможность полного растворения стабильной фазы БЮ2 в боро-силикатном расплаве. Отсюда следует, что структура и свойства жаростойких покрытий, формируемых при температурах,

близких к рабочим, определяются количеством образующихся при обжиге оксидов бора и кремния. Чем больше В203, тем больше жидкой фазы при обжиге и тем больше легкоплавкого боросиликат-ного стекла, меньше вязкость, пористость и температура обжига покрытия. С увеличением содержания В203 в стеклах растет число бороксольных групп [В03]-за счет уменьшения тетраэдрических [В04]- структурных образований, что приводит к формированию двумерной структуры, более простой, чем комплексная трехмерная, что и приводит к уменьшению вязкости. Однако дальнейшее окисление Б1В4, рост содержания БЮ2, образование расплава боросиликатного стекла и его взаимодействие с матричным боро-силикатным стеклом (92% ЗЮ2 - 8% В203) приводит к росту содержания бора в четверной координации, уменьшению вязкости и росту температуроустойчиво-сти. По литературным данным, увеличение В203 с 0,5 до 5 масс. % в системе В203-БЮ2 приводит к уменьшению температуры размягчения с 1 700 до 1 460 °С, а вязкость при температуре 1 400 °С уменьшается с 2,61 до 1,9 Па-с [5]. Незначительное изменение содержания борного ангидрида, диоксида кремния может привести к значительному изменению структуры покрытия и получению заданных свойств. В результате отмеченных процессов можно получить пониженную температуру обжига покрытия, при которой формируется поликомпонентное композиционное покрытие, состоящее из матричного боро-силикатного стекла, боросиликатных продуктов окисления тетраборида кремния и недоокисленных наночастиц тетраборида кремния. Химический состав и особенности структуры обеспечивают хорошую термостойкость и прочное сцепление покрытия с защищаемым субстратом.

Целью работы является исследование свойств и испытания композиций жаростойких покрытий на основе стекол Ва0-А1203-БЮ2 и тетраборида кремния Б1В4, выявление зависимости тепло-физических характеристик покрытий от содержания тетраборида кремния.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 14.1: Конструкционные керамические композиционные материалы («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [6].

материалы и методы исследований

Шликеры исследуемых покрытий готовили на основе многокомпонентных фритт системы Ва0-А1203-БЮ2 и тетраборида кремния, который вводили в количестве 5 масс. %. Стекла (фритты) системы Ва0-А1203-БЮ2 изготавливали в горшковых печах в условиях серийного стекловаренного производства. Внешний вид фритт приведен на рис. 3. Тройная диаграмма состояния системы Ва0-А1203-БЮ2 представлена на рис. 4. Фритта-модификатор содержит в составе оксид бария Ва0, оксид алюминия А1203, оксид кремния ЗЮ2 в стехиометрическом соотношении, соответствующем соединению цель-зиан. Тугоплавкая фритта-модификатор имеет высокое химическое сродство к матричной фритте и положительно влияет на общую высокую жаростойкость системы покрытия. Тетраборид кремния Б1В4 синтезировали по разработанной ВИАМ технологии с последующим контролем качества на соответствие техническим условиям [7].

Рис. 3. Внешний вид стекол (фритт) системы Ва0-Л1г03-ЗЮг

Стеклокерамические покрытия получали по шликерно-обжиговой технологии. Изготовление суспензий покрытий осуществляли путем совместного размола исходных компонентов в фарфоровых барабанах емкостью 2 л на валковых мельницах. Перед нанесением контролировали вязкость суспензий покрытий по вискозиметру ВЗ-246. Обработку металла перед нанесением покрытия осуществляли путем

опескоструивания электрокорундом белым марки 25А. Обжиг образцов с покрытиями проводили в камерной печи в окислительной атмосфере при температурах 1 150.1 200 °С.

Рис. 4. Диаграмма состояния системы BaO-Al2O3-SiO2 [8]

Для исследования жаростойких покрытий использовали следующие методы исследований: определение размера частиц по дифракции лазерного излучения (анализатор Analysette 22 NanoTec, MicroTec фирмы Fritsch) для выявления оптимальной длительности размола [9], синхронный термический анализ на приборе STA 449 C Jupiter, Netzsch, высокотемпературную дилатометрию с помощью прибора марки DIL 402 РС, Netzsch [10]. Прочность сцепления покрытия с металлами оценивали путем приложения ударной нагрузки с расчетом отношения площади скола к общей площади образца. В качестве подложки использовали жаропрочный свариваемый никелевый сплав ВЖ171. Жаростойкость композиций сте-клокерамических покрытий оценивали по ГОСТ 9.312-89 [11].

Результаты и обсуждение

Жаростойкие покрытия наносят на поверхность деталей в виде равномерного слоя заданной толщины, который после обжига должен обладать комплексом свойств, гарантирующих качество готовой детали: отсутствие натеков, разнотолщин-ности, сплошность, плотность, отсутствие дефектов. К наносимым суспензиям (шликерам) покрытий предъявляются

требования по седиментационной устойчивости. В связи с этим требуется контроль гранулометрического состава шликера покрытия, который должен находиться в высокодисперсном состоянии. Результаты исследований размера частиц по дифракции лазерного излучения на приборе Analysette 22 NanoTec свидетельствуют, что после совместного помола компонентов в течение 36 ч минимальный размер частиц шликера составляет 0,898 мкм, максимальный размер частиц составляет 33,263 мкм, содержание частиц шликера размером не более 10 мкм составляет 85%, что соответствует уровню значений, характерных для серийных шликеров жаростойких эмалей.

Методом синхронного термического анализа на приборе STA 449 C Jupiter, Netzsch [12] исследованы составы покрытий, а также порошок тетраборида кремния, являющийся одним из основных компонентов покрытия, определяющих его свойства. Результаты исследования представлены на рис. 5.

Рис. 5. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) тетраборида кремния и исследуемых высокотемпературных стеклокерамических покрытий

Вид кривой дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) тетрабо-рида кремния содержит пик экзоэффекта в интервале температур 600.800 °С, свидетельствующий о протекании экзотермического процесса окисления тетраборида кремния, которое сопровождается образованием боросиликатного стекла. Подтверждением протекания процесса окисления является вид термогравиметрической кривой, указывающей на увеличение массы образца при температурах 600.800 °С в связи с его окислением. Образование

в процессе окисления SiB4 легкоплавкого оксида бора способствует снижению температуры формирования исследуемых покрытий. На рис. 5 также представлен общий вид кривой исследованных композиций жаростойких покрытий, наличие пика экзоэффекта в том же температурном интервале, также свидетельствующего о протекании процессов частичного окисления тетраборида кремния в покрытиях при их высокотемпературном обжиге.

С помощью прибора марки DIL 402 РС фирмы Netzsch проводили дилатометрический анализ образцов исследуемых композиций жаростойких покрытий, а также образцов серийной жаростойкой эмали (не содержащей добавки SiB4) и исходной многокомпонентной фритты системы BaO-Al2O3-SiO2. Результаты (значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и температура начала деформации Тнд) представлены в табл.1.

Таблица 1

температурный коэффициент линейного расширения (тклр) и температура начала деформации исследуемых покрытий и фритты

Состав Т , °С нд' ТКЛР, х10-6 140...640 °С

Стеклокерамические покрытия 630,9...649,9 8,187...10,362

Серийная жаростойкая эмаль 750,9 5,158

Многокомпонентная фритта 693,2 7,617

На основании результатов высокотемпературной дилатометрии выявлено, что введение тетраборида кремния Б1В4 снижает температуру начала деформации исследуемых композиций стеклокерами-ческих покрытий на основе фритт системы Ва0-А1203-БЮ2 в качестве основы и добавок тетраборида кремния. Снижение уровня теплофизических свойств указывает на возможность снижения температуры формирования покрытий. Анализ результатов ДСК тетраборида кремния в сопоставлении с результатами дилатометрии свидетельствует о возможности формирования структуры исследуемых покрытий в процессе обжига, содержащей частицы Б1В4, частично окисляющиеся в интервале температур 600...700 °С вплоть до достижения вязкости исследуемых покрытий, достаточной для образования защитного слоя, препятствующего дальнейшему окислению Б1В4 и диффузии кислорода из атмосферы к поверхности защищаемого

металла. Согласно представленным результатам дилатометрического анализа, теплофизические параметры стеклокерами-ческих покрытий позволяют получать покрытия при температурах, достаточных для защиты от полного окисления частиц Б1В4, что также влияет на общую жаростойкость покрытий. Известно, что температура плавления Б1В4 составляет порядка 1 370 °С [13]. Все составы имеют уровень ТКЛР, обеспечивающий достаточное согласование с металлом и, таким образом, надежное сцепление покрытий с подложкой [14].

К жаростойким эмалевым покрытиям, используемым в двигателестроении, предъявляется целый ряд требований. Исключительную важность при обеспечении защиты жаропрочных сплавов и сталей имеет не только общая тугоплавкость всей системы покрытия, которая обеспечивает длительность эксплуатации при высоких температурах, но и прочное сцепление покрытий со сплавом за счет переходных диффузионных слоев, что обусловливает надежность эксплуатации в условиях резких температурных перепадов. Известно, что структурные превращения в покрытиях при термообработке оказывают значительное влияние на совокупность их эксплуатационных свойств, в т. ч. на прочность сцепления покрытия с металлом. Во многих случаях сцепление определяется составом и свойствами переходного слоя, образующегося в результате взаимодействия покрытия с металлом. Большое значение для сцепления имеет технология получения покрытия и контактирующей поверхности с покрытием. Прочность сцепления покрытия с защищаемой поверхностью в значительной мере определяет его термостойкость и жаростойкость в условиях эксплуатации температур выше 1 000 °С [15]. В результате проведенных испытаний на прочность сцепления установлено, что прочность сцепления стеклокерамического покрытия со сплавом ВЖ171 составляет 100%, что превосходит значения прочности сцепления серийных жаростойких защитных покрытий типа ЭВК. Высокая прочность сцепления жаростойкого стеклокерамичес-кого покрытия со сплавом ВЖ171 обусловлена образованием переходного слоя, получающегося в результате взаимодействия покрытия с металлом при определенной подобранной температуре обжига покрытия.

Одно из основных эксплуатационных свойств — жаростойкость покрытия при температуре 1 250 °С. Результаты испытаний образцов на жаростойкость представлены в табл. 2.

Таблица 2

результаты испытаний на жаростойкость

Покрытие Режим испытаний Привес, г/м2-ч Внешний вид после испытаний

Сплав ВЖ 171

Серийная жаростойкая эмаль 1 250 °С - 100 ч Покрытие неработоспособно; 1,5 без покрытия Покрытие полностью скололось через 45 ч испытаний

Стеклокерамические покрытия 0,09 с покрытием; 1,5 без покрытия Цвет — темно-серый, присутствует незначительная матовость, сколов и трещин нет

Установлено, что разработанные сте-клокерамические покрытия превосходят по уровню жаростойкости образцы серийной жаростойкой эмали. Исследованные жаростойкие покрытия могут быть использованы для защиты никелевых сплавов в конструкции ракетных двигателей при температурах до 1 250 °С (рис. 6, 7).

Жаростойкие стеклокерамические покрытия также являются перспективным материалом для применения в качестве электроизоляционного слоя или для защиты от нейтронного излучения [16].

Рис. 6. Изделие типа «чашка» из стали 12Х18Н10Т со стеклокерамическим покрытием

Рис. 7. Фрагмент детали из сплава ВЖ171 со стекло -керамическим покрытием

заключение

Разработаны составы жаростойких стеклокерамических покрытий на основе многокомпонентных фритт в системе BaO-Al2O3-SiO2 и добавок тетраборида кремния SiB4. Отработана технология нанесения жаростойких покрытий, позволяющая получить плотные бездефектные покрытия, являющиеся барьером на пути агрессивной среды и регламентирующие окисление сплавов. Результаты ДСК и дилатометрии свидетельствуют о протекающем при высокотемпературном обжиге покрытий частичном окислении тетрабо-рида кремния, что способствует снижению температуры формирования покрытий за счет образования боросиликатного стекла. По результатам испытаний на жаростойкость выявлено, что разработанные композиции стеклокерамических покрытий обеспечивают надежную защиту никелевого сплава марки ВЖ171 при температуре 1 250 °С в течение более 100 ч. Разработанная технология может быть внедрена для защиты жаропрочных никелевых сплавов и коррозионностойких сталей в конструкции особо теплонагруженных узлов жидкостных реактивных и газотурбинных двигателей.

Автор выражает глубокую благодарность наставнику, Советнику генерального директора ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, дтн, проф. Солнцеву Станиславу Сергеевичу за научное руководство и вклад в формирование концепции реакционного отверждения стеклокерамических покрытий.

Список литературы

1. Каблов Е.Н. Материалы для изделия «Буран» — инновационные решения формирования шестого технологического уклада // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 51. С. 3-10.

2. Солнцев С.С. Некоторые особенности покрытий для плиток многоразовой теплозащиты орбитальных космических кораблей // Труды ВИАМ: электрон. науч.-тех. журн. 2014. № 2. Ст. 01. Режим доступа: http://www.viam-works.ru (дата обращения 04.11.2017 г.). DOI: 10.18577/2307-60462014-0-2-1-1.

3. Каблов Е.Н., Солнцев С.С. Окситермо-синтез — новый шаг к материалам для перспективной авиакосмической техники // Авиационные материалы. Избранные труды ВИАМ 1932-2002. М.: ВИАМ, 2002. С. 131-137.

4. Каблов Е.Н., Солнцев С.С., Розенен-кова В.А., Миронова Н.А. Современные полифункциональные высокотемпературные покрытия для никелевых сплавов, уплот-нительных металлических материалов и бериллиевых сплавов // Новости материаловедения. Наука и техника. 2013. № 1. Ст. 5. Режим доступа: http://www.materialsnews.ru (дата обращения 03.11.2017 г.).

5. He Meng Wang, Xiaolei Li, Dong Su, Huiming Ji, Huijie Tang, Zhihao Zhao, Jian. Effect of glass phase content on structure and properties of gradient MoSi2-BaO-Al2O3-SiO2 coating for porous fibrous insulations // Journal of Alloys and Compounds. 2016. V. 657. P. 684-690.

6. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3-33. DOI: 10.18577/20719140-2015-0-1-3-33.

7. Солнцев С.С., Розененкова В.А., Миронова Н.А., Соловьева Г.А. Высокотемпературные покрытия для волокнистых субстратов // Труды ВИАМ: электрон. науч.-тех. журн. 2013. № 10. Ст. 03. Режим доступа: http://www.viam-works.ru (дата обращения 04.11.2017 г.).

8. Semler C.E., Foster W.R. Studies in the system BaO-Al2O3-SiO2: VI, the system Celsian-Silica-Alumina // Journal of the American Ceramic Society. 1970. № 53(11). P. 595-598.

9. ГОСТ Р 8.777-2011. Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения. М.: Стандартинформ, 2012. 7 с.

10. ГОСТ 10978-2014. Стекло и изделия из него. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения. М.: Стандартинформ, 2015. 8 с.

11. ГОСТ 9.312-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия защитные. Методы определения жаростойкости. М.: Госстандарт, 1989. 6 с.

12. ГОСТ Р 57931-2017. Композиты полимерные. Определение температуры плавления и кристаллизации методами термического анализа. М.: Стандартинформ, 2017. 10 с.

13. Солнцев С.С., Денисова В. С., Розе-ненкова В.А. Реакционное отверждение — новое направление в технологии высокотемпературных композиционных покрытий и материалов / / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 329-343. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-329-343.

14. Minghui Chen, Shenglong Zhu, Fuhui Wang. High temperature oxidation of NiCrAlY, nanocrystalline and enamel-metal nano-composite coatings under thermal shock // Corrosion Science. 2015. № 100. P. 556-565.

15. Goldstein H.E., D.B. Leiser, V. Katvala. Reaction cured borosilicate glass coatings for low-density fibrous insulation // In: Plenum Press «Borate glasses. Structure, properties, application». New York, 1978. Р. 623 -634.

16. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. М.: Машиностроение, 1984. 256 с.

Статья поступила в редакцию 20.02.2018 г.

Reference

1. Kablov E.N. Materialy dlya izdeliya «Buran» — innovatsionnye resheniya formirovaniya shestogo tekhnologicheskogo uklada [Materials for Buran vehicle — innovative solutions for bringing about the sixth wave of innovation]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2013, no. S1, pp. 3-10.

2. Solntsev S.S. Nekotorye osobennosti pokrytii dlya plitok mnogorazovoi teplozashchity orbital'nykh kosmicheskikh korablei [Certain features of coatings for reusable thermal protective tiles of orbital space vehicles]. Trudy VIAM: online scientific journal, 2014, no. 2, article 01. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed 04.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-2-1-1.

3. Kablov E.N., Solntsev S.S. Oksitermosintez — novyi shag k materialam dlya perspektivnoi aviakosmicheskoi tekhniki [Oxythermal synthesis — a new step towards materials for advanced aerospace technology]. Aviatsionnye materialy. Izbrannye trudy VIAM 1932-2002. Moscow, VIAMpubl., 2002. P. 131-137.

4. Kablov E.N., Solntsev S.S., Rozenenkova V.A., Mironova N.A. Sovremennye polifunktsional'nye vysokotemperaturnye pokrytiya dlya nikelevykh splavov, uplotnitel'nykh metallicheskikh materialov i berillievykh splavov [Modern polyfunctional high-temperature coatings for nickel alloys, sealing metallic materials and beryllium alloys]. Novosti materialovedeniya. Nauka i tekhnika, 2013, no. 1, article 5. Available at: http://www.materialsnews.ru (accessed 03.11.2017).

5. He Meng Wang, Xiaolei Li, Dong Su, Huiming Ji, Huijie Tang, Zhihao Zhao, Jian. Effect of glass phase content on structure and properties of gradient MoSi2-BaO-Al2O3-SiO2 coating for porous fibrous insulations. Journal of Alloys and Compounds, 2016, vol. 657, pp. 684 -690.

6. Kablov E.N. Innovatsionnye razrabotki FG UP « VIAM» GNTs RF po realizatsii «Strategicheskikh napravlenii razvitiya materialov i tekhnologii ikh pererabotki na period do 2030 goda» [Innovative projects by RF State Research Center VIAM in support of implementing Strategic Directions for Development of Materials and Processes of their Recycling for the Period Until 2030]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2015, no. 1(34), pp. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.

7. Solntsev S.S., Rozenenkova V.A., Mironova N.A., Solov'eva G.A. Vysokotemperaturnye pokrytiya dlya voloknistykh substratov [High-temperature coatings for fibrous substrates]. Trudy VIAM: online scientific journal, 2013, no. 10, article 03. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed 04.11.2017).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8. Semler C.E., Foster W.R. Studies in the System BaO-Al2O3-SiO2: VI, the System Celsian-Silica-Alumina. Journal of the American Ceramic Society, 1970, no. 53( 11), pp. 595-598.

9. GOST R 8.777-2011. Dispersnyi sostav aerozolei i vzvesei. Opredelenie razmerov chastits po difraktsii lazernogo izlucheniya [Disperse composition of aerosols and suspensions. Determination of particle size by laser diffraction]. Moscow, Standartinform publ., 2012. 7p.

10. GOST 10978-2014. Steklo i izdeliya iz nego. Metod opredeleniya temperaturnogo koeffitsienta lineinogo rasshireniya [Glass and glass products. Test method for linear thermal expansion coefficient]. Moscow, Standartinform publ., 2015. 8 p.

11. GOST 9.312-89. Edinaya sistema zashchity ot korrozii i stareniya. Pokrytiya zashchitnye. Metody opredeleniya zharostoikosti [Unified system of corrosion and ageing protection. Protection coatings. Methods of heat resistance determination]. Moscow, Gosstandart publ., 1989. 6 p.

12. GOST R 57931-2017. Kompozity polimernye. Opredelenie temperatury plavleniya i kristallizatsii metodami termicheskogo analiza [Polymeric composites. Determination of melting and crystallization temperatures by thermal analysis]. Moscow, Standartinform publ., 2017. 10 p.

13. Solntsev S.S., Denisova V.S., Rozenenkova V.A. Reaktsionnoe otverzhdenie — novoe napravlenie v tekhnologii vysokotemperaturnykh kompozitsionnykh pokrytii i materialov [Reaction curing — a new development in the technology of high-temperature composite coatings and materials]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 2017, no. S, pp. 329-343. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-329-343.

14. Minghui Chen, Shenglong Zhu, Fuhui Wang. High temperature oxidation of NiCrAlY, nanocrystalline and enamel-metal nano-composite coatings under thermal shock. Corrosion Science, 2015, no. 100, pp. 556-565.

15. Goldstein N.E., D.B. Leiser, V. Katvala. Reaction cured borosilicate glass coatings for low-density fibrous insulation. In: Plenum Press «Borate glasses. Structure, properties, application», New York, 1978, pp. 623 -634.

16. Solntsev S.S. Zashchitnye tekhnologicheskie pokrytiya i tugoplavkie emali [Protective processing coatings and refractory enamels]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1984. 256 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.