Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» разработали новый метод защиты деталей из никелевых суперсплавов от износа и окисления, например 3D-печатных деталей авиационных двигателей или силовых турбин. Исследователи предложили технологию нанесения покрытий, обладающих высокой твердостью и стойкостью к окислению при температурах до 1000°C.

Никелевые суперсплавы — ключевые материалы в производстве наиболее теплонагруженных деталей современных авиационных двигателей и турбин. Большая доля деталей из этих сплавов изготавливается методом горячего изостатического прессования гранул с последующей размерной обработкой, что весьма трудоемко и приводит к большому количеству отходов.

Перспективные аддитивные технологии формирования деталей из тех же гранул, такие как лазерный и электронно-лучевой порошковый синтез на подложке, не позволяют сразу получать поверхности высокого качества. Не полностью расплавленные гранулы и высокая шероховатость 3D-печатных поверхностей требуют финишной обработки. Нанесение защитных покрытий, включающее оплавление шероховатых поверхностей, позволяет одновременно и залечивать дефекты, и легировать поверхности жаростойкими элементами.

Ученые НИТУ МИСИС предложили новую технологию нанесения стойких к окислению покрытий на никелевые жаропрочные сплавы с использованием в качестве наплавляемого материала промышленно изготавливаемых гранул из максимально жаростойких сплавов, сообщает пресс-служба вуза. Покрытия наносятся методом вакуумно-импульсно-дугового плавления тонкого слоя гранул, предварительно закрепленных на поверхности.

«Для чистоты процесса покрытия наносились в вакууме, что потребовало разработать оригинальную электрическую схему, использующую начальный высоковольтный пробой, для формирования канала последующего дугового разряда. Энергия импульсов разряда была оптимизирована для обеспечения полного плавления гранул без излишнего оплавления подложки. Полученные покрытия имеют субмикронную структуру, состоящую из интерметаллических соединений NiAl и Ni3Al, которые обладают высокой устойчивостью к окислению при температурах до 1000°C. Небольшие добавки Cr, Co и Hf контролируют диффузию Al к поверхности, стабилизируя образование плотного слоя оксида алюминия Al2O3», — рассказал старший научный сотрудник Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН Константин Купцов.

Представленный метод позволяет создавать плотные, равномерные покрытия толщиной порядка ста микрометров, большая толщина которых при нагреве предотвращает диффузию способствующих вредных для окисления элементов из подложки к поверхности и поддерживает стабильность слоя оксида алюминия в течение всего срока эксплуатации.

По словам научного сотрудника Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН Александра Шевейко, в будущем новая технология будет транслирована на новые составы жаростойких материалов, например сплавы TiAlNb. Возможность залечивания дефектов поверхностей 3D-печатных деталей позволит расширить область применения технологии на медицинские и коррозионностойкие материалы. С точки зрения технологичности будут апробированы различные методы непрерывной подачи гранул к поверхностям.

Доклад научной команды опубликован в журнале Surface and Coatings Technology.

Источник