Influence of Yttrium Content and Its Application Methods on the Thermal Coefficient of Linear Expansion of KNA 82 Alloy Sealing Coatings: Experimental Studies and Analytical Modeling.

Abstract

UK: У статті представлено порівняльний аналіз коефіцієнта лінійного термічного розширення (КЛТР) ущільнювальних покриттів зі сплаву KNA-82 із різним вмістом ітрію (0,1%, 0,3%, 0,5%), нанесених газополум’яним та іонно-плазмовим методами. Дилатометричні дослідження в діапазоні температур 20–950 °C показали, що іонно-плазмове покриття з вмістом 0,3% ітрію має оптимальні характеристики термічного розширення: значення КЛТР залишаються стабільними — від 5,7×10⁻⁶ K⁻¹ за температури 100 °C до 14,49×10⁻⁶ K⁻¹ за 800–900 °C - без різких коливань. Регресійний аналіз підтвердив кращу прогнозованість поведінки цього складу, тоді як аналогічні газополум’яні покриття демонстрували термічну нестабільність за температур понад 800 °C. Отримані результати свідчать про те, що іонно-плазмові покриття з 0,3% ітрію забезпечують найкращу термомеханічну сумісність із підкладками із жароміцних сплавів в умовах циклічних термічних навантажень, характерних для роботи газотурбінних двигунів. Це робить їх найбільш придатними для використання як високотемпературні припрацьовуванні ущільнювальні матеріали. EN: The article presents a comparative analysis of the thermal coefficient of linear expansion (CTE) for KNA-82 alloy sealing coatings with varying yttrium content (0.1%, 0.3%, 0.5%) applied by gas-flame and ion-plasma methods. Dilatometric studies in the 20-950°C range revealed that the ion-plasma coating with 0.3% yttrium exhibits optimal thermal expansion characteristics, with stable CTE values ranging from 5.7×10⁻⁶ K⁻¹ at 100°C to 14.49×10⁻⁶ K⁻¹ at 800-900°C, without sharp fluctuations. Regression analysis confirmed this composition's superior predictive power, while equivalent gas-flame coatings exhibited thermal instability above 800°C. The results indicate that ion-plasma coatings with 0.3% yttrium provide the best thermomechanical compatibility with superalloy substrates under the cyclic thermal conditions typical of gas turbine engine operation, making them most suitable for high-temperature abradable sealing applications.