Способ удаления покрытий с деталей из жаростойких сплавов

 

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов. Указанная задача решается тем, что в способе удаления покрытий с деталей, изготовленных из жаростойких сплавов, включающем предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия, используют раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 25-40, фтористоводородная кислота 0,5-4, порошок железа 0,2-1, оксид хрома (CrO₃) 0,3-1,5, вода - до 100%, причем детали выдерживают в нем не менее 2 мин при температуре не менее 18^oС. Технический результат: способ позволяет сохранить зону диффузионного взаимодействия элементов покрытия, нанесенного на деталь, со структурой основного металла (диффузионную зону) при полном удалении покрытия.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов.

В авиадвигателестроении для защиты деталей, работающих в неблагоприятных условиях, например в условиях высоких температур, широкое применение находят защитные покрытия. Основой материала таких покрытий в большинстве случаев является никель. Основным легирующим элементом покрытий является алюминий, который взаимодействует с никелем и образует промежуточные фазы типа Ni₂Al₃, NiAl и Ni₃Al. При взаимодействии алюминия с кислородом на поверхности покрытий образуется оксид алюминия Аl₂О₃, который защищает детали от газовой коррозии. В процессе эксплуатации деталей происходит постепенное уменьшение защитных свойств покрытий из-за уменьшения содержания в них алюминия, уменьшения толщины покрытия, образования дефектов в виде отслоений, сколов и т. д. , что приводит к интенсивному окислению основного металла и, как следствие, к снижению прочностных свойств самой детали.

Лучшие результаты при удалении старых покрытий достигаются при применении химико-механического способа, который включает очистку деталей от нагара и оксидной пленки, химическое травление деталей и последующее механическое удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия (шлама).

Для обеспечения высокой адгезии покрытия имеют зону диффузионного взаимодействия элементов покрытия со структурой основного металла (диффузионная зона), которая отличается повышенной прочностью и представляет собой часть сечения основного металла, из которого изготовлена деталь. Поскольку часто необходимо удалить покрытие с детали, которая имеет небольшую толщину (лопатки газовых турбин могут иметь, например, толщину 0,4-0,5 мм), то возникает необходимость сохранения диффузионной зоны при полном удалении покрытий.

Для химического удаления (травления) покрытий применяют различные кислотные растворы.

Известен раствор, имеющий следующий состав, мас.%: 0,5-5 фтористо-водородной кислоты, 3-20 азотной кислоты, остальное - вода (патент США 3622391, МКИ С 23 F 1/00, 1971) - аналог.

Недостатком данного раствора является его низкая активность. Это не позволяет удалять покрытия, содержащие менее 30 мас.% Al и имеющие в своем составе хром. Для повышения скорости травления покрытий раствор подогревают до температуры 76-93^oС, что также ограничивает его применение, так как при температуре выше 60^oС раствор интенсивно испаряется, что создает значительные технологические трудности при обеспечении стабильности процесса. Кроме того, при травлении в этом растворе покрытий на жаростойких сплавах с содержанием хрома менее 18 мас.% наблюдается межкристаллитная коррозия.

Известен способ удаления покрытий с деталей из жаростойких сплавов с использованием раствора, имеющего следующий состав мас.%: азотная кислота 25-40, фтористо-водородная кислота 0,5-4, порошок железа 0,2-1, вода - до 100%. Обрабатываемые детали помещают в указанный раствор и выдерживают в нем при температуре 30-50^oС (авторское свидетельство 1784661, С 23 F 1/28, БИ 48 за 1992 год) - прототип.

Основным недостатком данного решения является недостаточное пассивирующее воздействие раствора на основной металл, из которого изготовлена деталь, что приводит к растравливанию поверхностного слоя основного металла, и не позволяет в дальнейшем достичь требуемого качества восстановления покрытий при ремонте.

Изобретение решает задачу сохранения зоны диффузионного взаимодействия элементов покрытия, нанесенного на деталь, со структурой основного металла (диффузионной зоны) при полном удалении покрытия.

Указанная задача решается тем, что в способе удаления покрытий с деталей, изготовленных из жаростойких сплавов, включающем предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия, используют раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 25-40, фтористо-водородная кислота 0,5-4, порошок железа 0,2-1, оксид хрома (СrO₃) 0,3-1,5, вода - до 100%, причем детали выдерживают в растворе не менее 2 мин при температуре не менее 18^oС.

В качестве дополнительного пассивирующего вещества в раствор введен оксид хрома (СrО₃), причем используются следующие исходные компоненты раствора: азотная кислота - плотность 1,4 г/см³, порошок железа - ПЖ4МЗ, ПЖВ-4, ПЖРТ и т.д., фтористо-водородная кислота 40% концентрации.

Как показали теоретические и экспериментальные исследования, для достижения заявленного технического результата температура раствора, изготовленного из приведенных выше исходных компонентов, должна быть не ниже 18^oС, а время выдержки в нем деталей не менее 2 мин.

При температуре ниже 18^oС наступает резкое замедление процесса травления покрытия и покрытия практически не удаляются. При проведении процесса травления менее 2 мин в покрытиях сохраняется часть внешней зоны покрытия, подлежащая стравливанию.

В качестве примера, иллюстрирующего заявляемый способ удаления покрытий с жаростойких сплавов, может быть рассмотрен процесс травления никелевых жаростойких покрытий на рабочих лопатках ротора турбины, материал лопаток ЖС6: - Ni - основа, 0,16 С, 9 Сr, 10 Со, 2 Мо, 10,5 W, 5 Al, 2,5 Ti, 0,04 Zr, 0,015 В, 0,01 Y (см. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. Ю.С. Елисеев, Н.В. Абраимов, В.В. Крымов. - М.: Высшая школа, 1999). Удаление покрытия производилось по следующей технологической схеме.

Известными средствами осуществляли операции, предшествующие операции травления, в том числе: удаление нагара после выдержки лопаток в щелочном растворе, изоляция тех частей лопаток, которые не должны подвергаться травлению, и т.д.

Затем лопатки для проведения операции химического травления погружали в раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 35, фтористо-водородная кислота 2,1, порошок железа (ПЖРТ) 0,3, оксид хрома 0,62, вода - до 100%, и выдерживали в этом растворе 5 мин при температуре 35^oС. После химического травления покрытий лопатки промывали в проточной воде, выборочно контролировалась полнота удаления внешней зоны покрытия и сохранение диффузионной зоны. Потом лопатки нейтрализовали в щелочном растворе, промывали в холодной, а потом в теплой воде для удаления травильного шлама. Разрыхленный слои покрытия с внутренней и внешней полостей пера лопаток удалялся с помощью гидроабразивной обработки.

После этого проводился визуальный и металлографический контроль качества обработки поверхностей. С помощью металлографического контроля определялась толщина сохранившейся диффузионной зоны и отсутствие внешней зоны покрытия, подлежащей стравливанию.

По результатам проведенного контроля было установлено, что использование указанного способа позволяет полностью очистить лопатки от нанесенных на них покрытий (внешняя зона покрытия удалена полностью) при одновременном сохранении диффузионной зоны на внешней и внутренней поверхностях пера лопаток.

Формула изобретения

Способ удаления покрытий с деталей из жаростойких сплавов, включающий предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия, отличающийся тем, что травление проводят в растворе следующего состава, мас. %: Азотная кислота - 25-40 Фтористоводородная кислота - 0,5-4 Порошок железа - 0,2-1 Оксид хрома (СrО₃) - 0,3-1,5 Вода - До 100% причем детали выдерживают в нем до полного удаления покрытия с сохранением зоны диффузионного взаимодействия элементов покрытия со структурой основного металла.