Газотурбинная установка ГТК-25И

Несмотря на очевидные преимущества, шликерный метод обладает рядом технологических и других недостатков: а) трудность обеспечения равномерных по толщине диффузионных слоев; б) невозможность покрыть внутренние поверхности полых деталей; в) необходимость использования высокодисперсных порошков для получения развитой поверхности;

г) сильная зависимость качества покрытия от квалификации оператора;

д) наличие несплошностей и засоров, возникающих во время сушки и выгорания органической составляющей шликера.

Газово-циркуляционный метод нанесения жаростойких алюминидных покрытий основан на явлении переноса диффундирующих элементов в замкнутом объеме при систематическом восстановлении газа-переносчика в результате обратимых химических реакций. Для осуществления процесса алитирования в хлоридной или иодидной среде ведущими реакциями, ответственными за процесс, будут обратимые реакции диспропорционирования, генерирующие атомарный алюминий:

В случае выполнения процесса хромалитирования в иодидной среде генерирование алюминия осуществляется по реакции диспропорционирования, а образование атомарного хрома возможно в результате термической диссоциации иодида хрома:

Как правило, в рабочей камере установки предусматривается раздельное расположение деталей и материала, содержащего диффундирующий элемент, и организация циркулирующего газового потока, содержащего галогениды диффундирующих элементов. В этом случае имеется возможность повышения температуры испарения насыщающей смеси. В то же время поверхность деталей будет несколько ниже, что создает благоприятные условия для конденсации паров и формирования осадка. Структура осадка и прочность сцепления с подложкой в значительной мере зависят от температуры и давления газового потока. При невысокой температуре образуются мелкозернистые осадки со слабым сцеплением с подложкой, а при более высокой температуре наблюдается формирование крупнокристаллических осадков с хорошим сцеплением с подложкой. При очень высоких температурах формирующееся соединение может быть малостабильным. В этом случае образуются порошкообразные и плохо сцепленные с основой осадки. Для устранения такого эффекта необходимо снизить температуру, либо снизить давление газовой среды.

К преимуществам газово-циркуляционного метода можно отнести следующие: а) высокая производительность процесса; б) получение диффузионных покрытий на деталях сложного профиля, например, на внутренних поверхностях лопаток без засора каналов и отверстий охлаждения; в) покрытия характеризуются "нулевой" пористостью и абсолютной прочностью сцепления, так как такие покрытия представляют собой поверхностно легированную диффузионную зону; г) метод характеризуется значительной экономией электроэнергии и исходных материалов по сравнению с порошковым методом; д) метод обладает высокой экологичностью.

Недостаткам данного метода является технологическая сложность полного предотвращения конденсации коррозионно-активных галогенидов металлов на "холодных" частях газовой системы установки (трубопроводах, вентилях и др.), трудность полной эвакуации отработанных газов, а также зависимость толщины образующегося покрытия от положения насыщаемой поверхности по отношению к направлению движения потока галогенидов.

Конденсационные покрытия

Конденсационные покрытия в отличие от диффузионных характеризуются тем, что при их нанесении изменяется размер детали. Диффузионная зона ограничивается узкой областью, при этом на границе раздела покрытие-сплав происходит скачкообразное изменение химического состава. Такое свойство конденсационных покрытий позволяет при соответствующей адгезии создавать покрытия, кардинально отличающиеся по своим коррозионным и жаростойким свойствам от подложки.

Как правило, все конденсационные покрытия наносятся с использованием плазмы. В практике авиадвигателестроения и энерготурбостроения конденсационные покрытия наносят с помощью атмосферной (APS) или вакуумной плазмы (VPS). Покрытия, наносимые методом APS, относительно дешевы, не требуют значительных затрат на создание вакуума, хорошо поддаются управлению с использованием ЭВМ. Метод VPS - дорогой и сложный процесс, хотя качество наносимых покрытий высокое. VPS-покрытия имеют хорошую прочность сцепления, высокую плотность, малое содержание оксидов. Рассмотрим указанные методы более подробно.

В отечественной практике метод APS называют газотермическим напылением. К методам газотермического напыления относят следующие:

- газопламенный (с использованием проволоки или порошка);

- электродуговой;

- плазменный;

- детонационный;

- высокоскоростной (газопламенный, электродуговой, плазменный).

Технологии газопламенного нанесения покрытий базируются на горении газообразных углеводородов (ацетилен, пропан, природный газ) в кислороде.

Конденсированные покрытия, наносимые с использованием вакуумной плазмы (VPS-покрытия), характеризуются низкой пористостью и являются более качественными с точки зрения последующей эксплуатации. На практике такие покрытия наносят в основном двумя способами: электронно-лучевым и электродуговым.

Электронно-лучевой способ нанесения конденсированных покрытий основан на испарении сплава специального состава вследствие его бомбардировки ускоренным потоком электронов, образовании парового облака и конденсации пара на подогретой поверхности детали. Процесс проводится на специальных установках, в рабочей камере которых создается вакуумная среда (остаточное давление обычно составляет 5ґ10-5…1ґ10-4 мм рт. ст.). Электронный луч формируется специальным генератором - электронно-лучевой пушкой. Скорость, с которой "летят" электроны по направлению к мишени достигает 595 км/с. При достижении электронами мишени происходит их торможение. В результате торможения кинетическая энергия ускоренных электронов преобразуется в тепловую, что вызывает разогрев тонкого поверхностного слоя мишени. Так, при ускоряющем напряжении 15…20 кВ глубина проникновения электронов в металлической мишени составляет 1…2 мкм. Испарившийся материал мишени конденсируется на поверхности лопаток. Для формирования равномерного по толщине покрытия с заданной структурой и с требуемой адгезионной прочностью лопатки подвергают вращению и непрерывному нагреву (до 800…1000°С). Покрытие формируется из парового потока, состоящего из нейтральных атомов. При нанесении жаростойких покрытий на лопатки турбины скорость конденсации составляет 2…5 мкм/мин. Основные сплавы, используемые для электронно-лучевого нанесения покрытий, представлены в таблице. 7.1.

К достоинствам способам следует отнести: а) высокую прочность сцепления, близкую к прочности основного металла; б) получение плотного покрытия за счет финишных операций; в) получение покрытий с низкой шероховатостью (не хуже Ra 1,25 мкм); г) возможность нанесения покрытий широкого диапазона из металлокерамики, металлов и керамики; д) возможность получения покрытий с чередующимися слоями.



Т а б л и ц а 7.1- Химический состав сплавов, используемых для электронно-лучевых покрытий в России и за рубежом

Марка покрытия	Химический состав, % масс
	Ni	Co	Cr	Al	Y	Si
Отечественные сплавы
СДП-1	осн.	18…20	18…22	11…13	0,3…0,6	-
СДП-2	осн.	-	18…22	11…13	0,3…0,6	-
СДП-3	-	осн.	18…22	11…13	0,2…0,6	-
СДП-3А	-	осн.	22…24	11…13	0,2…0,5	-
СДП-4	осн.	6…10	18…22	11…13	0,2…0,6	-
СДП-6	6…10	осн.	22…24	11…13	0,3…0,6	-
СДП-7	0…2	осн.	28…32	-	0,3	Fe- 8…12
СДП-8	0…2	осн.	25…28	3…11	0,2…0,5	-
СДП-10	25…30	осн.	24…27	4,5…6,0	0,2…0,4	-
СДП-11	0…2	осн.	28…32	4,5…6,0	0,3…0,5	-
СДП-12	20…25	осн.	22…24	11…13	0,3…0,5
СДП-13	-	18…22	38…42	4…6	0,2…0,5	Fe - осн.
Зарубежные сплавы
АТД-1		-			0,35	-
АТД-2	-		23…24	12…13	0,35	-
АТД-4	-			12,0…12,3	0,35	-
АТД-5	-				0,4	-
АТД-6	-			9,0…9,5	0,5	-
АТД-7				12,5	0,3	-
АТД-9					0,4	-
АТД-10		-		11,5	0,65	-
АТД-11		-			0,35	-
АТД-12	-			11…12	0,3	-
Т а б л и ц а 7.1- Химический состав сплавов, используемых для электронно-лучевых покрытий в России и за рубежом. Окончание таблицы
АТД-13		-		-	0,1	1…4
АТД-14	-				0,4	-
АТД-15		-			0,4	-

Недостатками способа являются: а) высокая стоимость оборудования; б) необходимость использования больших производственных площадей; в) необходимость введения операции полирования исходной поверхности под покрытие; г) применение дополнительных финишных операций после нанесения покрытия; д) возможно нанесения покрытий только на наружные поверхности деталей; е) невозможность нанесения покрытия на подложки сплавов, подверженных структурным изменениям в процессе нанесения покрытий; ж) возможно появление в покрытии дефектов роста (каналов, пор, столбчатой структуры).

Электродуговой способ нанесения покрытий может быть реализован двумя методами: катодным и плазменно-дуговым распылением.

Катодное распыление осуществляется бомбардировкой отрицательно заряженной мишени, изготовленной из материала покрытия, положительно заряженными ионами нейтрального газа, например аргона. Ионизация аргона осуществляется потоком электронов. При бомбардировке мишени происходит ее распыление и конденсация частиц на поверхности покрываемых деталей, на которые подается положительный заряд. При нанесении покрытий необходимо поддерживать температуру деталей 700…800°С. При такой температуре формируются защитные покрытия с мелкозернистой структурой, а благодаря операции ионной очистки достигается его высокая адгезия к подложке. Скорость нанесения покрытия составляет 2 мкм/мин. Скорость формирования осадка может быть увеличена за счет использования магнетронной системы распыления, благодаря которой происходит полная ионизация нейтрального газа. Кроме того, для повышения производительности магнетронных установок рекомендуется нагревать катод-мишень до жидкофазного состояния. В этом случае ионное распыление дополняется процессом испарения материала покрытия.

Достоинствами способа являются: а) получение плотных покрытий с отличной адгезией к подложке; б) в процессе напыления химический состав конденсата не претерпевает изменений, что позволяет формировать многокомпонентные покрытия сложного состава; в) за счет регулирования многих параметров технологического процесса покрытия получаются равномерными по толщине и с заданной структурой.

Недостатками способа являются: а) низкая производительность; б) необходимость регулирования большого количества параметров технологического процесса; в) необходимость создания электронного потока для ионизации нейтрального газа; г) необходимость интенсивного охлаждения водой обрабатываемых деталей при магнетронном распылении с целью устранения перегрева и оплавления их поверхности; д) необходимость изготовления тиглей для жидкофазной мишени из немагнитного, тугоплавкого и электропроводного материала.

Плазменно-дуговое катодное распыление осуществляется путем наложения вакуумного дугового разряда. Часто покрытия, получаемые таким способом, называют ионно-плазменными.

Генерация плазмы осаждаемого вещества в установке осуществляется в вакуумном дуговом разряде с внешней поверхности катода, изготовленного из материала покрытия. Катод эродирует под действием катодных пятен вакуумной дуги. Пятна являются источниками потоков сильно ионизованной металлической плазмы, в которых присутствуют микрокапли материала покрытия. Степень ионизации плазмы и доля в потоке микрочастиц определяются как теплофизическими свойствами материала катода, так и условиями горения вакуумной дуги на его поверхности - температурой поверхности, наличием загрязнений в материале катода, составом и давлением остаточных газов в вакуумной камере и др. Плазма фокусируется в поток и ускоряется к поверхности, где в зависимости от уровня энергии ионов протекает либо преимущественно процесс ионной очистки, либо осаждение покрытия на термоактивированную и очищенную ионной бомбардировкой поверхность. Формирование покрытия происходит в процессе конденсации продуктов катода на поверхности подложки.

При реализации плазменно-дугового распыления возможно формирование как конденсированных, так и диффузионных покрытий. При формировании диффузионных покрытий после процесса напыления на поверхности деталей наблюдается рентгеноаморфный осадок. Последующий диффузионный отжиг приводит к созданию покрытия, по структуре и свойствам похожего на диффузионные покрытия, получаемые порошковым, шликерным или газово-циркуляционным методом.

Для реализации процесса напыления в зависимости от конструктивных особенностей установок используются цилиндрические или плоские катоды. Катоды для нанесения жаростойких покрытий на лопатки турбины изготавливаются из специальных слитков, химический состав которых представлен в таблица. 7.2. Кроме того, для напыления указанным методом могут быть успешно использованы отечественные сплавы, представленные в таблица. 7.1.

Таблица 7.2- Химический состав катодов для вакуумного плазменно-дугового напыления жаростойких покрытий

Марка покрытия	Химический состав, % масс
	Ni	Cr	Al	Si	Y	В
ВСДП-5	осн.	18…22	12,0…13,5	-	-	0,1…0,2
ВСДП-7	осн.	18…22	12,0…13,5	0,5…1,5	0,2…0,6	С-0,05…0,2
ВСДП-11	-	-	осн.	4,5…5,5	1,1…1,8	-
ВСДП-13	4…8	-	осн.	5…9	-	0,5…1,5
ВСДП-15	-	1,5…2,5	осн.	6…10	1,1…1,8	-

Достоинствами способа плазменно-дугового распыления являются: а) широкие технологические возможности (нанесение различных функциональных покрытий, нанесение заданной толщины специальных припоев для высокотемпературной пайки, нанесение восстанавливающих геометрию слоев до 120 мкм); б) высокая адгезия и отсутствие пористости нанесенных покрытий; в) стабильная воспроизводимость параметров процесса и характеристик покрытия (химический состав, толщина, структура, адгезия); г) полное соответствие состава осадка материалу катода.

Недостатками способа являются: а) наличие в потоке плазмы микрокапельной фазы, приводящей к снижению шероховатости поверхности покрытия на 1…2 класса; б) необходимость использования дорогостоящего оборудования; в) возможно проявление дугового разряда на деталях, приводящего к наличию следов на обрабатываемой поверхности; г) неравномерный износ катодов, приводящий к повышенному расходу материалов.

Комбинированные покрытия

Данный класс жаростойких покрытий для лопаток турбины активно разрабатывается в последние годы. Такие покрытия называют еще комплексными или градиентными.

Как правило, комбинированные покрытия состоят из нескольких слоев, получаемых с использованием различных технологий. Подобное вызвано тем, что для деталей, имеющих сложные поверхности, включая и внутренние полости, требуется обеспечить их работоспособность из условия различной повреждаемости указанных поверхностей. В результате возникает задача конструирования защитных покрытий, способных обеспечить требуемую эксплуатационную надежность деталей.

Вышесказанное целесообразно пояснить примером. Так, согласно данным авторов работы, для лопаток турбины с развитой системой охлаждения необходимо обеспечить не только защиту внешней трактовой поверхности от газового потока, содержащего продукты сгорания топлива, но и внутреннюю полость и перфорационные отверстия, поверхность которых подвержена активному окислению. Различия условий работы защитных покрытий на наружной поверхности пера лопаток и во внутренней полости накладывают определенные условия на принципы конструирования защитных покрытия для лопаток турбины из жаропрочных сплавов. Температура внешней и внутренней поверхностей лопаток турбин при современном уровне тепловых потоков в двигателе отличается на 200…250°С, а внешняя трактовая поверхность лопаток работает при температурах до 1250°С. Защита поверхности внутренней полости и перфорационных отверстий охлаждаемых лопаток турбины имеет очень важное значение, так как в большинстве случаев разрушение лопаток начинается с зарождения микротрещин на этих поверхностях.

При конструировании комбинированных жаростойких покрытий всегда следует иметь в виду, что некоторые методы позволяют наносить покрытия как на внешнюю, так и на внутреннюю поверхность сложнопрофильных деталей. Другие же методы позволяют покрывать только внешние поверхности. При нанесении покрытий следует также учитывать совместимость различных покрытий и возможность использования технологических приемов при наличии на поверхности определенного типа покрытия. Например, некоторые типы покрытий требуют проведения высокотемпературного отжига, а некоторые этого не требуют. Немаловажное значение имеет и температура такого отжига, которая может колебаться от 950 до 1100°С. газотурбинный компрессор диффузор патрубок

Исходя из высказанных положений для защиты от высокотемпературной газовой коррозии внутренней полости и внешней трактовой поверхности лопаток турбин из жаропрочного никелевого сплава ЖС36ВИ разработали комплексное градиентное покрытие, состоящее из трех слоев: CrAl + Ni-Cr-Al-Ta-Re-Y + Al-Ni-Cr-Y. Первый слой наносится с использованием газово-циркуляционного метода, а два последующих - с применением ионно-плазменной технологии. Такое покрытие предназначено для защиты лопаток турбины двигателей с температурой газа на входе в турбину 1550°С. В данном покрытии градиент концентрации по алюминию на межслойных границах стабилизирует структурное и фазовое состояние всего покрытия в целом, а легирование внутреннего слоя рением и танталом значительно повышает термостабильность за счет снижения диффузионной проницаемости.

Рассмотренный пример наглядно показывает необходимость применения комбинированного покрытия в сложных условиях работы лопаток. Так, диффузионное хромалитирование требуется как для защиты внутренней полости, так и для создания подслоя перед нанесением ионно-плазменных покрытий. Наличие двойного слоя ионно-плазменных покрытий связано, во-первых, с необходимостью создания барьерного слоя на пути диффузии элементов покрытия между слоями, а во-вторых, с необходимостью повышения в верхних слоях покрытия большего запаса алюминия, который будет расходоваться на формирование защитной оксидной пленки при высоких температурах в процессе эксплуатации.

На основе ионно-имплантационных и ионно-плазменных методов, были разработаны технологии получения жаростойких покрытий повышенной стабильности для защиты лопаток турбомашин от высокотемпературной коррозии.

1. Способ получения жаростойкого покрытия. Способ включает ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки, вакуумно-плазменное нанесение на лопатку жаростойкого слоя и последующую термообработку покрытия. Ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки проводят ионами по крайней мере одного из элементов N, Pd, Ag, Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si. Жаростойкий слой наносят из сплава состава: Si - от 4,0 до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное, в среде азота в вакууме при периодической имплантации ионами по крайней мере одного из элементов Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, Pd, Ag, с получением жаростойких микро- и нанослоев, разделенных имплантированными микро- и нанослоями. Технический результат - повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении выносливости и циклической прочности деталей с покрытием 2. Способ получения покрытий состоит в следующем. Лопатки размещают в вакуумной камере, проводят подготовку их поверхности и осуществляют вакуумно-плазменное нанесение жаростойкого покрытия состава Cr 18-30%, Al 5-13%, Y 0,2-0,65%, Ni - остальное при подаче в вакуумную камеру установки бора или смеси бора с азотом, или смеси бора с углеродом, в концентрации, достаточной для образования в формируемом слое соответственно боридов или их комплексных соединений с металлами. Нанесение жаростойкого слоя чередуют с периодической имплантацией ионами одного или нескольких элементов Nb, Pt,Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, Pd, Ag, N, С, B, W, V, Ti, Zr, которую каждый раз проводят до образования микро- или нанослоя, обеспечивая разделение всего жаростойкого слоя на микро- или нанослои, образованные как в результате имплантации ионов, так и в результате нанесения материала жаростойкого слоя без имплантации ионов. Обеспечивается повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении выносливости и циклической прочности лопаток 3. Технология предназначена для нанесения жаростойких или теплозащитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин, в особенности, газовых турбин авиадвигателей. Лопатки размещают в вакуумной камере, подготавливают поверхность лопатки под нанесение покрытия и осуществляют вакуумно-плазменное нанесение жаростойкого покрытия состава Si 4,0-4,5%, Y 1,6-2,0%, Аl - остальное или Si 4,0-12,0%, Y 1,6-2,0%, Аl - остальное, или Si 4,0-12,0%, Y1,6-2,0%, Аl - остальное, при подаче в вакуумную камеру бора или смеси бора с азотом, или смеси бора с углеродом, в концентрации, достаточной для образования в формируемом слое соответственно боридов или их комплексных соединений с металлами, обеспечивающих торможение диффузионных процессов в покрытии при эксплуатации лопатки. Нанесение жаростойкого слоя чередуют с периодической имплантацией ионами одного или нескольких элементов Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, Pd, Ag, N, С, B, W, Ti, Zr, которую каждый раз проводят до образования микро- или нанослоя, обеспечивая разделение всего жаростойкого слоя на микро- или нанослои, образованные как в результате имплантации ионов, так и в результате нанесения материала жаростойкого слоя без импланатции ионов. Обеспечивается повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении выносливости и циклической прочности лопаток 4. Технология относится к методам нанесения защитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин, в частности газовых турбин авиадвигателей. Технический результат - повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении его выносливости и циклической прочности деталей с покрытием. Способ включает ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки, формирование внутреннего жаростойкого слоя и нанесение внешнего жаростойкого слоя с его ионной имплантацией. Ионно-имплатационную обработку поверхности лопатки производят ионами одного или нескольких элементов Nb, Pt, Yb, Y, La,Hf, Cr, Si. При этом в качестве материала для формирования внутреннего жаростойкого слоя используют сплав состава: Cr - 18 до 30%, Al - 5 до 13%, Y - от 0,2 до 0,65%, Ni - остальное. В качестве материала для формирования внешнего жаростойкого слоя используют сплав состава: Si - от 4,0 до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное. Причем нанесение внешнего жаростойкого слоя чередуют с периодической имплантацией ионами одного или нескольких элементов Nb, Pt,Yb, Y, La, Hf, Cr, Si, с формированием внешнего жаростойкого слоя в виде микрослоев, разделенных имплантированными микро- или нанослоями

Теплозащитные покрытия

Теплозащитные покрытия (ТЗП), обеспечивают снижение теплопритока к основному материалу лопатки. К типичным покрытиям, применяемым для защиты деталей ГТД, работающих в условиях повышенных температур, относятся теплозащитные покрытия (ТЗП) состоящие из жаростойкого (ЖС) и термобарьерного (ТБ) слоев (рисунок. 7.1). В этом случае жаростойкие покрытия называют также "подслоем" (bond coat),поскольку непосредственно на него, как правило, наносится керамический ТБ слой. Жаростойкий слой служит для защиты детали от окисления, а термобарьерный слой - для защиты от высокой температуры. Поэтому в практике высокотемпературной защиты деталей под TBC понимают композицию "ЖС+TБ". Стойкость лопатки зависит как от свойств ЖС, так и от ТБ слоев. Лопатки турбин ГТД, в зависимости от назначения и ряда специфических условий эксплуатации, в процессе работы подвергаются различным разрушающим факторам.



Рисунок 7.1 - Типичное теплозащитное покрытие лопатки турбины высокого давления производства Rolls-Royce: вверху показана система каналов охлаждения ("cooling chanels"); TBC (Thermal Barrier Coating) - термобарьерный слой на лопатке турбины высокого давления и характер изменения температуры (temperatura) по толщине покрытия; TGO (Thermally Grown Oxide) - термически растущий оксид; Substrate - основной материал лопатки ("основа", "субстрат")

Нижеприведенная таблица (таблица 7.3) позволяет сравнить условия работы поверхности деталей газовых турбин.

Таблица 7.3- условия работы поверхности деталей газовых турбин.

	Разрушающие факторы
Область использования	Окисление	Горячая коррозия	Диффузионный обмен	Термоусталость
Авиационные двигатели	жесткие	умеренные	жесткие	жесткие
Энергетические генераторы наземного базирования	умеренные	жесткие	умеренные	легкие

Различие в условиях эксплуатации лопаток ГТД привело к многообразию применяющихся составов и технологий формирования ТЗП. Однако наличие окислительной среды и высокой температуры требует обеспечения во всех случаях эксплуатации высокой жаростойкости покрытий, наряду с такими свойствами как например стойкость к сульфидной коррозии, высокой адгезии слоев, высокой химической стабильности покрытия, минимального отрицательного влияния на длительную прочность деталей и ряда других характеристик. В погоне за более высокими прочностными характеристиками деталей часто достаточно сильно изменяют составы жаропрочных сплавов. Например, последнее поколение суперсплавов для монокристаллических лопаток содержат относительно высокий процент тугоплавких элементов, таких как Ta, W или Re, которые повышают высокотемпературные механические свойства. Однако это приводит к снижению содержания таких химических элементов как Cr и Al, отвечающих за обеспечение жаростойкости детали, что может привести даже к большим их разрушениям. Поэтому роль покрытий в обеспечении защиты деталей турбины ГТД возрастает. Применительно к лопаткам, проблемы защиты от окисления и коррозионная стойкость решаются за счет совершенствования техники и технологии получения защитных покрытий. Одним из направлений повышения защиты является увеличение толщины слоя, стойкого к окислению. Механизм защиты заключается в образовании различных окислов, в основном таких, как б-Al2O3 (менее предпочтительными являются оксиды Cr). Такие составы обладают достаточно высокими защитными свойствами и отличаются дешевизной. Однако композиции жаростойких слоев в покрытии должны выбираться очень осторожно, исходя из условий обеспечения роста окисла б-Al2O3. Известны два типа наиболее широко используемых жаростойких подслоя под ТЗП- это алюминиды (NiAl или Ni2Al3) и MеCrAlY (где Mе является Fe и/или Cr). Они могут быть получены диффузионным насыщением поверхности, плазменным напылением или электроннолучевым испарением и конденсацией в вакууме (EB PVD). При низком содержании Al в покрытии может образовываться оксид, отличный от б-Al2O3 природы, состав которого зависит от состава покрытия.



Рисунок 7.2. Oптимальные композиции покрытий относительно окисления и сопротивления горячей коррозии

Алюминиды. Хотя защитные свойства алюминидных покрытии и ограничены, тем не менее они еще находят достаточно широкое применение. Диффузионные алюминидные покрытия основаны на интерметаллидной композиции в-NiAl (рис. 7.3). Несмотря на то, что существуют различные процессы их формирования, химико-термическая обработка в контейнере является наиболее широко используемой, поскольку в результате применения этого процесса получают дешевые и качественные покрытия для малогабаритных деталей.



Рисунок- 7.3 Фазовая диаграмма Al-Ni

Химико-термическая обработка в контейнере подпадает под категорию CVD (chemical vapour deposition). В этом процессе покрываемые детали кладут в порошок, содержащий Al2O3 и частички алюминия, (процесс проводят при температуре 800-1000°C в среде аргона или водорода). Активность алюминия поддерживается на поверхности основного материала детали, устанавливая два типа механизма формирования покрытия: низкой и высокой активности, направляя процессы диффузии извне и вовнутрь соответственно (рисунок 7.4). При химико-термической обработке в процессе с высоким содержанием AL (высокоактивный - внутрь), покрытие формируется главным образом диффузией алюминия вовнутрь, в результате чего формируется Ni2Al3 и, возможно, в-NiAl. Температура - более низкая (700-950°C).



Рисунок 7.4- Микроструктура двух видов алюминидных покрытий на суперсплавах: а - высокоактивный - "диффузия внутрь"; б - низкоактивный - "диффузия наружу"

Структура и состав покрытий зависит также от структуры состава основного материала детали. Покрытие должно быть "приспособлено" под покрываемый сплав. Одними из недостатков алюминидных покрытий являются: недостаток пластичности при температурах ниже 750°C и низкая термомеханическая усталость. Структура и свойства основного материала детали, также как процесс формирования покрытия, оказывает достаточно сильное влияние на конечную структуру и свойства системы "покрытие-основа". В низкоактивных ("диффузия наружу") покрытиях металлы, находящиеся в основном материале детали, также будут диффундировать в слои покрытия, ограничиваясь их растворимостью. Типичная микроструктура низкоактивного алюминидного покрытия приведена на рисуноке 7.5. Внешняя зона представляет собой типичную зону Al, обогащенную в-NiAl, в то время как внутренняя зона обогащена Ni.



Рисунок 7.5- Схематическая иллюстрация алюминидного покрытия, полученного низкоактивным диффузионным насыщением

В высокоактивных ("диффузия внутрь") покрытиях (рисунок 7.6) они формируются, внедряясь в материал основы, MеCrAlY покрытия представляют двухфазную микроструктуру в+г. Присутствие г-фазы увеличивает пластичность покрытий, таким образом улучшая термоусталостное сопротивление.

Рисунок 7.6- Схематическая иллюстрация алюминидного покрытия, полученного высокоактивным диффузионным насыщением:nа - схема, иллюстрирующая микроструктуру MеCrAlY; ТРО - термически растущий оксид; б - диффузия Al в слой оксида и основной материал детали в результате исчерпания содержания в-фазы



Так, для покрытий в-NiAl в результате воздействия высокой температуры происходит расход Al как за счет температурного роста оксида (TGO - thermally grown oxide), так и за счет диффузии в основу. Так как количество Al уменьшается, то в-фаза имеет тенденцию к постепенному уменьшению. По этой причине это часто характеризуется как хранилище алюминия, и ресурс покрытия часто определяется сроком исчерпания в-фазы. В высокоактивных покрытиях такие химические элементы как Ti, находящиеся в сплаве, отрицательно влияют на жаростойкость покрытия за счет образования кристаллического

Легирующие элементы

Mе - в системе MеCrAlY, в зависимости от основного материала детали, используется либо Ni, либо Co, либо их комбинация (применительно к деталям из сталей это может быть также Fe). Покрытия на основе Co являются лучшими для защиты от коррозии.

Cr - обеспечивает защиту от высокотемпературной коррозии, но его содержание в покрытии ограничивается эффектом воздействия на подложку и формированием богатой хромом фазы в покрытии.

Al - обычное содержание в покрытии около 10-12 весовых процентов. Поскольку окисление существенным образом контролируется содержанием Al, то возникает соблазн увеличения содержания алюминия в покрытии. Однако такое увеличение алюминия приводит к снижению пластичности покрытия.

Подслой ТЗП состава MеСrAlY также обычно содержит 1 весовой процент иттрия (Y), который повышает адгезию окисного слоя. Иттрий помогает формировать в оксиде стерженьки, связывающие за счет "анкерного" эффекта слой оксида с покрытием. Однако основной эффект использования иттрия заключается в том, что он образует соединение с серой, которое не допускает отделения окисного слоя. Подобный эффект также может быть получен за счет использования добавок гафния (Hf) .

Было обнаружено, что кремний (Si) значительно улучшает сопротивление циклическому окислению, однако это также снижает температуру плавления покрытия. Так, например, 5 весовых процентов кремния достаточно, чтобы снизить температуру плавления до 1140°C. Поэтому для условий циклического окисления при 1000°C, оптимальным является содержание кремния 2,5 весовых процентов. Добавки рения (Re) показали, что происходит улучшение сопротивления изотермическому или циклическому окислению, а также термоциклической усталости. Добавки тантала (Ta) также повышает сопротивление окислению.

Использование подслоя платины. Одним из недостатков алюминидных покрытий является то, что NiAl покрытия испытывают существенные интердиффузионные процессы, в результате чего в-фаза преобразуется в г'-фазу. Идея диффузионного барьера привела к созданию платино-алюминидных покрытий (рисунок 7.7), процесс формирования которых аналогичен процессу получения алюминидных покрытий, с той лишь разницей, что перед нанесением алюминидного покрытия на основу гальваническим методом наносят слой платины. Слой платины составляет 5-10 мкм. Хотя и стоимость платины достаточно высока, тем не менее, она окупается, поскольку ресурс лопатки увеличивается более чем в 3 раза. При этом платина не только создает диффузионный барьер для титана, но и усиливает диффузию алюминия. В процессе эксплуатации платина проявляется в основном материале из никелевого сплава в виде PtAl2. Способ формирования связующего подслоя, содержащего платину и алюминий, описан также в патенте США № 5856027. Слой платины формируют на подложке из специального сплава путем электроосаждения перед нанесением алюминия путем химического осаждения из паровой фазы, при необходимости - с вводом реакционноспособных элементов. Получаемый подслой представляет зону внутренней диффузии, в которой присутствует никель в результате диффузии из подложки.



Рисунок 7.7- Керамическое теплозащитное покрытие с подслоем, содержащим платину (Пат. США № 7311981. "Gas turbine part provided with a protective coating" /SNECMA/2007)

В покрытии платина ведет себя подобно иттрию в покрытиях системы MеCrAlY. В этих покрытиях иттрий взаимодействует с серой, что значительно повышает ресурс покрытий. Покрытия, получаемые испарением и конденсацией материалов в вакууме, отличаются от шликерных технологией формирования и возможностями модифицирования. К типичным составам таких покрытий также относятся покрытия составов MеСrAlY (Mе=Fe, Co или Ni) и содержащих по крайней мере четыре химических элемента. При этом использование хрома придает этим покрытиям хорошие коррозионные и жаростойкие свойства.

Для получения подслоя под ТЗП возможно также использование технологий нанесения покрытий, основанных на методе атмосферно-плазменного или плазменного напыления низкого давления.

Термобарьерные слои. Функцией термобарьерных покрытий является обеспечение термической изоляции лопатки. Покрытие около 200 мкм может снизить температуру лопатки более чем на 200°C.

Использование современных теплозащитных покрытий позволяет достигнуть следующих эффектов:

- снижения требований к охлаждению лопатки (около 36%), при сохранении той же самой жаропрочности.

- значительного увеличения жаропрочности лопатки при сохранении режима работы двигателя (т.е. позволить лопатке работать при более низкой температуре при сохранении температуры на входе в турбину).

Материалы TBC. Материалы для ТВС должны выдерживать воздействие напряжений при термоциклах и обладать достаточно низким коэффициентом теплопроводности. Для этих целей широко используется такое покрытие как ZrO2 - стабилизированный Y2O3 (YSZ). Добавки 5-15% Y2O3 стабилизирует ZrO2 в высокотемпературной кристаллической форме. ZrO2 имеет коэффициент термического расширения 11?13Ч10-6 K-1 и коэффициент теплопроводности около 2.3 W/(m.K) на 1000°C.

ТВС могут быть получены, например, методами электроннолучевого испарения и конденсации в вакууме или газотермическим плазменным напылением

В патенте приводится вариант ТЗП для лопаток ГТД (рисунок 7.8). ТЗП имеет жаростойкий подслой 3, нанесенный на лопатку 2 любым применяемым для этого методом.

Рисунок 7.8- Теплозащитное покрытие для лопатки турбины ГТД: 1 - ТЗП; 2 - лопатка; 3 - связующее покрытие; 4 - первый (жаростойкий) слой; 5 - второй (теплозащитный) слой [15]

Подслой 3 можно нанести из коррозионностойкого и стойкого против окисления алюминиевого сплава типа MеCrAlY (где М обозначает никель и/или кобальт, и/или железо) или из никель- либо кобальталюминида, возможно, модифицированного добавкой хрома и/или одного или нескольких благородных металлов, выбранных из платины, палладия, рутения, иридия, осмия и родия.

Керамическое ТЗП состоит в основном из диоксида циркония, а также оксида диспрозия, предназначенного для стабилизации диоксида циркония и уменьшения теплопроводности керамики. Для дальнейшего снижения теплопроводности керамики в состав покрытия можно дополнительно включить оксид металла, содержащий четырехвалентный ион металла, имеющий атомную массу, превышающую атомную массу ионов циркония. Четырехвалентным ионом металла может служить церий, гафний или уран.

Керамическое ТЗП состоит из двух отдельных слоев, имеющих, по существу, одинаковый химический состав. Первый слой 4 нанесен на связующее покрытие 3, а второй - наружный - слой 5 нанесен на первый слой. Первый слой 4, который обладает относительно большей плотностью и поэтому хорошей адгезией к связующему покрытию, имеет и более высокую механическую прочность, чем второй слой 5.

Второй слой 5 по сравнению с первым слоем 4 имеет более открытую, пористую структуру. Благодаря своей пористой структуре второй слой имеет более низкую теплопроводность, чем первый слой. При этом из-за более высокой теплопроводности второго слоя его термостойкость значительно ниже, чем у первого слоя 4.

Имеющие различную микроструктуру первый и второй слои дополняют друг друга и по-разному влияют на механическую прочность и теплопроводность покрытия.

Структура первого порошка определяется свойствами керамики, которая образует первый слой 4, а структура второго порошка - свойствами керамики, которая образует второй слой 5.

Керамическое ТЗП наносят путем плазменного напыления.

Первый слой 4 формируется на лопатке 2 или нанесенном на нее связующем покрытии 3 путем подачи в плазменную струю относительно плотных, предварительно спеченных частиц наносимого порошка. Частицы порошка, используемые для получения первого слоя 4, получают, в частности, методом агломерации и спеканием.

Частицы для образования первого слоя или по меньшей мере их существенная, предпочтительно преобладающая, часть полностью или почти полностью плавятся до удара о подложку 2 или связующее покрытие 3 и образуют плотный, не имеющий пор слой 4. Плотным считается слой, пористость которого, измеренная на оптическом микроскопе с 200-кратным увеличением, не превышает 5%.

Затем формируют второй слой 5 нанесением на первый слой частиц порошка с микроструктурой, отличающейся от микроструктуры первого порошка. Частицы порошка для получения второго слоя имеют пористую, более открытую структуру, чем частицы порошка для получения первого слоя. Для изготовления частиц порошка для получения второго слоя предпочтительно использовать описанные выше широко известные методы, т.е. агломерацию и HOSP-процесс (от англ. "Homogeneous Oven Spherical Powder" - процесс получения гомогенного сферического порошка сжиганием).

Частицы порошка для получения второго слоя 5 только частично расплавляются до удара о первый или любой промежуточный слой. Плазменная струя расплавляет в основном только образовавшуюся на агломерированных частицах порошка оболочку. В результате на первом слое покрытия образуется пористый второй слой 5, пористость которого является слоистой, а поры уплотнены в плоскости, по существу, параллельной плоскости расположенных ниже слоев 2, 3, 4. Пористость второго слоя превышает 5%, в отличие от первого слоя, у которого она не превышает 5%.

При нанесении покрытия должны использоваться оптимальные параметры технологического процесса. К таким параметрам относятся сила тока (напряжение), расход газа и расход, температура, скорость и размер частиц порошка, а также расположение места подачи порошка (относительно плазменной струи и расстояния до подложки) и температура подложки.

Указанные параметры определяют такие свойства покрытия, как микроструктура, твердость, прочность, остаточные напряжения и т.д., которые, в свою очередь, влияют на надежность и долговечность деталей ГТД.

Приведены следующие варианты получения ТЗП на лопатках турбины ГТД. Согласно первому варианту, на поверхность лопатки наносят на вакуумной плазменной установке при токе на детали 8А и напряжении 30В первый металлический слой из сплава на никелевой основе: Ni - основа, Cr 15%, Al 8%, W 4%, Re 2,1%, Та 1,5%, Hf 2,0%, Si0,8%, Y 0,6% толщиной 30 мкм. Затем лопатки подвергают алитированию при температуре 1000°С в течение 4 ч., после этого проводят тепловую обработку в газостате (газостатирование) при 1000°С в течение 3 ч. и напыляют второй слой металлического сплава на основе Al: Al - основа, Si 11%, Y 1,8%. Затем проводят диффузионный отжиг при 1000°С. Далее в вакууме на электронно-лучевой установке напыляют слой керамики ZrO2·(6-9)%Y2O3 толщиной 160 мкм и получают керамическое покрытие со столбчатой структурой. Для его упрочнения, на поверхность этого слоя напыляют электронно-лучевым способом три слоя керамики [ZrO2·(6-9)%Y2O3]·20%Al2О3 толщиной каждого слоя 1-3 мкм.

Согласно другому варианту, на поверхность охлаждаемой лопатки газовой турбины наносят способом электродугового катодного распыления металлический слой на никелевой основе: Ni - основа, Cr 18%; Al 8%; Та 10%; Hf 2,0%; Si 1,2%, Yb 0,8%; Се 0,6% толщиной 40 мкм. Затем лопатки подвергают хромоалитированию при температуре 1080°С в течение 4 ч. для осаждения слоя диффузионного покрытия на внешней поверхности, а также в полости и каналах. После хромоалитирования на электронно-лучевой установке осаждают пять слоев керамики [ZrO2·(6-9)% Y2O3]·20%Al2О3 толщиной каждого слоя 1-3 мкм для упрочнения и снижения кислородной проницаемости керамики на детали.

Еще способ, который заключается в формировании электролитическим путем на подложке из специального сплава на основе никеля слоя из платины и затем выполнении алюминирования из паровой фазы при температуре выше 1000°С. Выделяемый подложкой никель диффундирует внутрь связующего подслоя. Под действием термической обработки на поверхности связующего подслоя формируется пленка оксида алюминия перед формированием наружного керамического слоя, например, из сложного диоксида циркония и иттрия, получаемого физическим осаждением из паровой фазы. Реакционноспособный элемент может быть введен в связующий подслой в ходе этапа алюминирования из паровой фазы.

В патенте США (Пат. США № 5328752) описан способ, состоящий в формировании на подложке из специального сплава связующего подслоя из интерметаллического соединения, а именно - соединения алюминия и платины. Связующий подслой формируют посредством диффузионного насыщения в форме при температуре выше 985°С с получением слоя толщиной более 25 мкм. Пленка оксида алюминия формируется посредством оксидирования на поверхности связующего подслоя перед формированием наружного керамического слоя, например, на основе сложного диоксида циркония и иттрия, получаемого физическим осаждением из паровой фазы.

В европейском патентном документе ЕР 0985744 описан способ, который предусматривает нанесение слоя платины на подложку из специального сплава на основе никеля путем электроосаждения или химического осаждения из паровой фазы и далее осаждение слоя алюминия, который формируется из газообразного галогенида и проникает в слой платины в результате диффузии. После каждого осаждения производится десульфурация посредством термической обработки при температуре выше 1050єС и поверхностная обдирка для удаления нежелательной серы с пленки оксида алюминия, которая формируется на поверхности получаемого связующего подслоя. При температуре выше 1050єС происходит диффузия элементов подложки в связующий подслой.

Одним из наиболее перспективных типов ТЗП являются покрытия на основе диоксида циркония (ZrO2), нанесенного на жаростойкую подложку, препятствующую окислению основного материала лопатки.

При нанесении покрытия электронно-лучевым способом материал покрытия испаряется в вакуумной камере электронным лучом и осаждается на разогретую поверхность. При этом на ней образуется покрытие в виде столбчатых, не связанных между собой волокон, по всей толщине покрытия. Нанесенное таким способом покрытие обеспечивает хорошую теплозащиту, поскольку тепло распространяется вдоль относительно длинных волокон (l=100...150 мкм) малого поперечного сечения (d=1..3 мкм). Для улучшения теплозащиты ведутся работы по повышению толщины покрытия до 250..300 мкм. Волокна имеют сечение неправильной формы. Покрытие, состоящее из отдельных столбчатых волокон, гораздо лучше работает в условиях термоциклических нагрузок. Однако оно обладает существенным недостатком: в условиях действия центробежной или вибрационной нагрузки, направление которой будет перпендикулярно оси столбчатых волокон, на них будет действовать изгибающая нагрузка, существенно превышающая предел прочности для керамики, причем она будет тем больше, чем выше волокно, а, следовательно, чем толще покрытие.

Использование многослойного высокотемпературного теплозащитного керамического покрытия, состоящего из двух или более керамических слоев, разделенных металлическими слоями, позволяет повысить стойкость теплозащитного покрытия к термическим и механическим нагрузкам. При этом материалы слоев, соединяющих керамические слои, выбирают таким образом, чтобы материал, имеющий меньший коэффициент теплового расширения, располагался в зоне действия более высоких температур, а материал, имеющий больший коэффициент теплового расширения, находился в зоне действия меньших температур. Керамические слои образованы столбчатыми керамическими волокнами, высота которых не превышает его двадцати максимальных характерных поперечных размеров.

Ограничение толщины керамического слоя и нанесение поверх него металлического слоя снижает изгибающий момент, действующий на керамические волокна, поскольку волокно из "балки с консольной заделкой" превращается в "балку с защемленными концами". Толщина керамического слоя ТЗП или, другими словами, длина столбчатых волокон определяется из условия неразрушения волокна под действием изгибающей силы от центробежной нагрузки при рабочих температурах. Из условия снижения напряжений в основании столбчатых волокон высота волокна ограничивается соотношением 20d, где d - средний диаметр волокон рассматриваемого слоя, условно имеющих круглое сечение. В зависимости от времени и режимов нанесения покрытия d может меняться в широких пределах. Необходимый уровень теплового сопротивления обеспечивается увеличением числа керамических слоев, чередующихся с металлическими. Практически таким образом может быть получено покрытие любой толщины.

Поскольку температура по толщине материала будет существенно меняться для предотвращения возникновения термических напряжений, материалы металлических слоев должны подбираться с учетом их коэффициента температурного расширения (КТР). Материал, находящийся в зоне действия большей температуры, должен иметь КТР меньший, чем материал слоя, находящегося в условиях действия меньшей температуры.

При создании шестислойного покрытия на основе ZrO2, с использованием применяемых в настоящее время для жаростойких покрытий в качестве металлических слоев, жаропрочные материалы целесообразно размещать в следующей последовательности, учитывая их КТР: верхний слой ZrO2: слой Co-22Cr-13Al-1Y (б=16·10-6 °C-1), 2-й слойZrO2: слой Co-26Cr-9Al-1Y (б=16·10-6 °C-1), 3-й слой ZrO2: слой Со-32Сr-3Al-1Y. Основной материал.

Многослойное покрытие, нанесенное на поверхность лопатки 1 (рисунок 7.9), состоит из слоев 2 столбчатых волокон из двуокиси циркония, разделенных слоями 3, 4, 5, жаростойких материалов, причем КТР материала 3 ниже, чем у материала слоя 4, а у материала слоя 4 ниже, чем у материала слоя 5. Столбчатое волокно слоя 2 имеет размер d поперечного сечения.

Рисунок 7.9 - Многослойное керамическое теплозащитное покрытие: а - схема конструкции покрытия; б - фрагмент I покрытия: керамический слой 2 покрытия с промежуточным жаростойким слоем 3;1 - лопатка; 2 - слои столбчатых волокон из двуокиси циркония; 3, 4, 5 - слои жаростойких материалов; d - размер поперечного сечения столбчатого волокна слоя 2

С целью повышения эксплуатационных свойств лопаток, были разработаны технологии получения ряда теплозащитных покрытий, использующие новые эффекты, позволяющие повысить эксплуатационную адгезионную прочность на границе "подслой-керамика" в теплозащитном покрытии.

1) Способ включает формирование на защищаемой поверхности лопатки металлического подслоя, переходного металлокерамического слоя и внешнего керамического слоя. Переходный металлокерамический слой по его толщине формируют с пошаговым изменением соотношения содержания металла к керамике от 1 до 20 весовых процентов на шаг, с уменьшением количества металла по толщине переходного слоя от 100 до 0%, при толщине переходного слоя от 8 до 100 мкм. Переходный металлокерамический слой формируют газотермическим напылением или его формируют вакуумными ионно-плазменными методами или магнетронными методами, или электроннолучевым испарением и конденсацией в вакууме. В результате получают покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками (Пат. РФ № 2423550, МПК C23C28/00. Теплозащитое покрытие для лопаток турбин и способ его получения / А. В. Новиков, А. Д. Мингажев, А. М. Смыслов и др., Бюл. № 19, 2011).

2) Технология предназначена для нанесения теплозащитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин и в особенности газовых турбин авиадвигателей. Способ включает формирование подслоя путем последовательного нанесения жаростойкого, переходного и внешнего керамического слоев с последующим диффузионным отжигом. При этом в качестве состава переходного слоя используется смесь материала керамического слоя и составляющих жаростойкого сплава, образующих при диффузионном отжиге вначале жидкую легкоплавкую фазу, обеспечивающую смачивание керамической составляющей переходного слоя, а затем образующих тугоплавкое жаростойкое химическое соединение. Переходные и теплозащитные слои наносятся газотермическим методом, а в качестве наносимого материала для переходного слоя используется порошковая смесь, состоящая из материала керамического слоя от 1 до 99%; составляющих жаростойкого сплава - остальное, а для теплозащитного слоя - ZrO2-Y2O3. Перед нанесением жаростойкого слоя производят ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием, причем ионную имплантацию проводят при энергии ионов от 0,2 до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2 (Пат. РФ № 2423551, МПК C23C28/00. Способ фомирования теплозащитного покрытия / А. М. Смыслов, М. К. Смыслова, А. Д. Мингажев и др., Бюл. № 19, 2011).

3) Технология нанесения защитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин. Способ формирования теплозащитного покрытия на лопатке турбины из жаропрочного никелевого сплава включает подготовку поверхности пера лопатки, ионно-имплантационную обработку поверхности лопатки, формирование на ней первого жаростойкого слоя, нанесение второго жаростойкого слоя и нанесение внешнего теплозащитного слоя ZrO2-Y2O3. Ионно-имплантационную обработку производят ионами, выбранными из одного из следующих элементов: Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием при энергии ионов от 0,2 до 30 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2. Формирование первого жаростойкого слоя осуществляют из сплава, весовой процент: Si - от 4,0 до 12,0, Y - от 1,0 до 2,0, Al - остальное, толщиной от 10 до 70 мкм с последующим диффузионным отжигом в вакууме, нанесение второго жаростойкого слоя осуществляют из сплава, весовой процент: Cr от 18 до 30, Al от 5 до 13, Y от 0,2 до 0,65,Ni ? остальное, толщиной от 8 до 60 мкм, подвергают отжигу в вакууме, затем наносят дополнительный подслой из сплава, весовой процент: Cr от 18 до 30, Al от 5 до 13, Y от 0,2 до 0,65, Ni - остальное, толщиной от 5 до 20 мкм газотермическим методом, теплозащитный слой наносят из сплава, весовой процент: Y2O3 от 5 до 9, ZrO2 - остальное, толщиной от 50 до 300 мкм газотермическим методом. Далее лопатку подвергают отжигу. Технический результат - повышение жаростойкости подслоя при одновременном повышении выносливости и циклической прочности деталей (Пат. РФ № 2423551, МПК C23C14/06. Способ формирования теплозащитного покрытия на лопатке турбины из жаропрочных никелевых сплавов / А. М. Смыслов, М. К. Смыслова, А. Д. Мингажев и др., Бюл. № 23, 2011).