Development of Rare Earth Metal-Modified Heat-Resistant Coatings for Gas Turbine Blades
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: This paper presents an investigation into the influence of Y-La and Y-Hf-La modifiers on the structure and properties of Ni-Cr-Al consumable cathodes used for heat-resistant coatings on turbine blades via the arc-ion plating method. The study shows that the introduction of these modifiers positively affects the structure formation process of the consumable cathodes. The modifiers contribute to a higher degree of microstructural homogeneity in the cathodes, achieved through the formation of nanosized stabilizing phases between the alloying elements and the rare earth metal groups. This study experimentally confirms that Ni-Cr-Al coatings produced with the Y-La and Y-Hf-La modified cathodes outperform traditional Y-only modified coatings in oxidation tests. Structural analysis of the coatings reveals that samples with Y-Hf-La exhibit greater homogeneity and fewer defects, which is particularly important when depositing coatings with large thicknesses (over 40 µm). It was found that the introduction of the Y-Hf-La complex enables the application of coatings up to 90 µm thick by forming a less defective structure. Additionally, it has been established that Y-Hf-La modification enhances the adhesion of the coating to the substrate and allows for maximum uniformity in the distribution of alloying elements throughout the entire thickness of the applied coating.
UKR: У даній роботі наведено результати дослідження впливу модифікаторів Y-La та Y-Hf-La на структуру та властивості витратних катодів Ni-Cr-Al, що використовуються для нанесення термостійких покриттів на турбінні лопасті методом електродугового напилення. Показано, що введення таких модифікаторів позитивно впливає на процес структуроутворення витратних катодів. При введенні модифікаторів можна досягти більшого ступеня однорідності мікроструктури в катодах за рахунок утворення нанорозмірних стабілізуючих фаз між легуючими елементами та групами рідкісноземельних елементів. У цьому дослідженні було експериментально підтверджено, що покриття Ni-Cr-Al, виготовлені з модифікованими катодами Y-La і Y-Hf-La, перевершують традиційне покриття лише з модифікатором Y у випробуваннях на окислення. Аналіз структури покриттів показав, що зразки з Y-Hf-La мають більший ступень однорідністі те менше дефектів, що особливо важливо при нанесенні покриттів великої товщини (понад 40 мкм). Встановлено, що введення комплексу Y-Hf-La дає можливість наносити покриття товщиною до 90 мкм за рахунок формування менш дефектної структури. Встановлено, що модифікація Y-Hf-La підвищує адгезію покриття до основи, а також дозволяє досягти максимальної рівномірності розподілу легуючих елементів по всій товщині нанесеного покриття.
UKR: У даній роботі наведено результати дослідження впливу модифікаторів Y-La та Y-Hf-La на структуру та властивості витратних катодів Ni-Cr-Al, що використовуються для нанесення термостійких покриттів на турбінні лопасті методом електродугового напилення. Показано, що введення таких модифікаторів позитивно впливає на процес структуроутворення витратних катодів. При введенні модифікаторів можна досягти більшого ступеня однорідності мікроструктури в катодах за рахунок утворення нанорозмірних стабілізуючих фаз між легуючими елементами та групами рідкісноземельних елементів. У цьому дослідженні було експериментально підтверджено, що покриття Ni-Cr-Al, виготовлені з модифікованими катодами Y-La і Y-Hf-La, перевершують традиційне покриття лише з модифікатором Y у випробуваннях на окислення. Аналіз структури покриттів показав, що зразки з Y-Hf-La мають більший ступень однорідністі те менше дефектів, що особливо важливо при нанесенні покриттів великої товщини (понад 40 мкм). Встановлено, що введення комплексу Y-Hf-La дає можливість наносити покриття товщиною до 90 мкм за рахунок формування менш дефектної структури. Встановлено, що модифікація Y-Hf-La підвищує адгезію покриття до основи, а також дозволяє досягти максимальної рівномірності розподілу легуючих елементів по всій товщині нанесеного покриття.
Description
K. Sukhyy: ORCID 0000-0002-4585-8268
Keywords
arc-ion plating, blade, cathode, coating, gas turbine, rare earth metal, газова турбіна, лопасть, рідкоземельний метал, катод, покриття, електроіонне покриття
Citation
Yefanov V. S., Gnatenko M. O., Laptieva H. M., Basov Y. F., Sukhyy K. M., Kovalyov S. V., Popov S. M. Development of Rare Earth Metal-Modified Heat-Resistant Coatings for Gas Turbine Blades. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2024. No. 4. P. 95–106. DOI: 10.32434/0321-4095-2024-155-4-95-106.