Способ защиты лопаток газовых турбин

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетическом и авиационном турбостроении, преимущественно для защиты пера лопаток промышленных газотурбинных установок ГТУ от высокотемпературной коррозии. Предложен способ защиты лопаток газовых турбин путем нанесения комбинированного жаростойкого покрытия, преимущественно на поверхность пера лопатки газовой турбины из жаропрочного сплава. Способ включает осаждение в вакууме внутреннего слоя покрытия сплава на основе никеля, содержащего, по крайней мере, кобальт, хром, алюминий и иттрий, осаждение внешнего слоя покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего никель, кремний и бор, и вакуумный отжиг лопатки с покрытием. Поверхность пера лопатки дополнительно обрабатывают потоком стеклянных сферических частиц под давлением сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа, по крайней мере, дважды - после осаждения внутреннего слоя покрытия и после проведения вакуумного отжига. Толщина внутреннего слоя покрытия составляет 10-30 мкм. Размер стеклянных сферических частиц составляет 20-250 мкм. После окончательной обработки потоком стеклянных сферических частиц лопатку с покрытием подвергают окончательному вакуумному отжигу. Вакуумный отжиг проводят при температуре 950-1100°С в течение 2-4 ч. Повышается коррозионная стойкость комбинированного покрытия, увеличивается ресурс работы лопаток ГТУ. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетическом и авиационном турбостроении, преимущественно для защиты пера лопаток промышленных газотурбинных установок (ГТУ) от высокотемпературной коррозии.

Известен способ защиты лопаток турбин путем нанесения жаростойкого покрытия системы MeCrAlY, с последующим помещением изделия в металлическую оболочку из хрома или алюминия и процессом газостатического прессования. В результате процесса прессования происходит уплотнение покрытия и насыщение его алюминием и хромом, что приводит к увеличению коррозионной стойкости покрытия (Патент США №4152223).

Известен способ защиты лопаток турбин путем нанесения на подложку слоя алюминиевого и кремниевого порошков, обогащенных платиной, и последующего вакуумного отжига, в результате которого формируется трехслойное покрытие, где алюминиды платины и никеля очищены от тугоплавких металлов за счет образования в верхних слоях покрытия силицидов тугоплавких металлов, что способствует повышению коррозионной стойкости покрытия (Патент США №5922409).

Недостатками известных способов являются низкая эффективность защиты от высокотемпературной коррозии.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ защиты лопаток газовых турбин путем нанесения комбинированного жаростойкого покрытия, преимущественно на поверхность пера лопатки газовой турбины, включающий осаждение в вакууме внутреннего слоя покрытия толщиной 30-100 мкм из жаростойкого сплава на основе никеля, содержащего, по крайней мере кобальт, хром, алюминий и иттрий, осаждение внешнего слоя покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего никель, кремний и бор, и вакуумный отжиг лопатки с покрытием (Патент РФ №1658652).

Недостатками способа прототипа является недостаточно высокая коррозионная стойкость покрытия, что связано с наличием дефектов структуры внутреннего конденсированного слоя покрытия, а также снижение защитных свойств покрытия при нанесении на крупногабаритные лопатки ГТУ.

Технической задачей изобретения является разработка способа защиты лопаток газовых турбин, обеспечивающего повышение коррозионной стойкости комбинированного покрытия.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ защиты лопаток газовых турбин путем нанесения комбинированного жаростойкого покрытия, преимущественно на поверхность пера лопатки газовой турбины из жаропрочного сплава, включающий осаждение в вакууме внутреннего слоя покрытия сплава на основе никеля, содержащего, по крайней мере, кобальт, хром, алюминий и иттрий, осаждение внешнего слоя покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего никель, кремний и бор, и вакуумный отжиг лопатки с покрытием, в котором после осаждения внутреннего слоя покрытия поверхность пера лопатки дополнительно обрабатывают потоком стеклянных сферических частиц под давлением сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа, по крайней мере, два раза - после осаждения внутреннего слоя покрытия и после проведения вакуумного отжига.

Толщина внутреннего слоя покрытия составляет 10-30 мкм. Размер стеклянных сферических частиц составляет 20-250 мкм. После окончательной обработки потоком стеклянных сферических частиц лопатку с покрытием подвергают окончательному вакуумному отжигу. Вакуумный отжиг проводят при температуре 950-1100°С в течение 2-4 ч.

Установлено, что проведение обработки поверхности пера лопатки с покрытием потоком стеклянных сферических частиц по предлагаемому способу повышает коррозионную стойкость комбинированного покрытия за счет устранения дефектов структуры. Усовершенствование структуры и закрытие дефектов в слое покрытия происходит при вакуумном отжиге при диффузионном взаимодействии внутреннего и внешнего слоев покрытия из сплава на основе алюминия в процессе образования легированного моноалюминида никеля, а также последующей рекристаллизации покрытия при окончательном отжиге. Интенсивность процессов диффузии и рекристаллизации возрастает при пластической деформации и росте напряжений (наклепе) в поверхности за счет обработки пера лопатки потоком сферических частиц.

Пример осуществления

Пример 1. Покрытие наносили в соответствии с предлагаемым способом на образцы для испытаний на коррозию диаметром 10 и длиной 25 мм из жаропрочного никелевого сплава типа ЖС6У (сплав системы Ni-W-Co-Cr-Al-Nb-Mo), на промышленной ионно-плазменной установке МАП-2 по серийной технологии. Для ионно-плазменного осаждения в вакууме внутреннего слоя покрытия использовали сплав типа СДП-1 на основе никеля, содержащего кобальт, хром, алюминий и иттрий. Осаждение внешнего слоя покрытия проводили из сплава на основе алюминия типа ВСДП-13, содержащего никель, кремний и бор. После осаждения внутреннего слоя покрытия толщиной 10 мкм поверхность образцов обработали потоком сферических стеклянных частиц размером 20-250 мкм на струйно-абразивной установке АК-203. Обработку потоком стеклянных сферических частиц проводили под давлением сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа. Затем провели осаждение внешнего слоя покрытия из сплава типа ВСДП-13 привесом 30 г/см2 и вакуумный отжиг при температуре 1050°С в течение 3 ч и вакууме ≤ 0,1Па. Окончательно обработали поверхность образца потоком стеклянных сферических частиц при тех же параметрах процесса и провели окончательный вакуумный отжиг.

Примеры 2, 3. Аналогичны примеру 1, но толщины внутреннего слоя покрытия из сплава типа СДП-1 составили 20 и 30 мкм соответственно.

Пример 4. Проводили по способу-прототипу. Параметры способа и полученные свойства приведены в таблице.

Испытания проводились по двум видам коррозии: сульфидная коррозия и оксидная коррозия (изотермическая жаростойкость).

Испытания на сульфидную коррозию проводили по стандартной методике в "солевой корке", с содержанием солей Na2SO4 и NaCl, соответственно, в пропорции 3:1, в спокойной атмосфере печи при температурах 750°С и 1000°С на базе 30 циклов.

Испытания на изотермическую жаростойкость проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 6130 при температуре 1100°С на базе 1000 ч. Толщины покрытий и результаты испытаний представлены в таблице.

Испытания на сульфидную коррозию при температуре 1000°С показали, что на поверхности образцов с покрытием, полученным по способу-прототипу, после 15 циклов начинается интенсивное накопление серы в продуктах коррозии на поверхности образцов. На образцах, полученных по предлагаемому способу, данные процессы начинаются только после 25 циклов испытаний.

Анализ гравиметрических данных сульфидной коррозии и изотермической жаростойкости показал, что все покрытия, полученные по предлагаемому способу, сохраняют свои защитные свойства на данных базах испытаний, в то время как на образцах с покрытием, полученным по способу-прототипу, наблюдается отрицательное изменение массы, что указывает на потерю защитных свойств данного покрытия.

Аналогичные результаты были получены на образцах из сплава ЖСКС-2. Результаты испытаний представлены в таблице.

Таким образом, применение предлагаемого способа защиты лопаток турбин путем нанесения комбинированного жаростойкого покрытия позволит увеличить ресурс работы лопаток ГТУ в 1,5-2 раза.

1. Способ защиты лопаток газовых турбин путем нанесения комбинированного жаростойкого покрытия преимущественно на поверхность пера лопатки газовой турбины из жаропрочного сплава, включающий осаждение в вакууме внутреннего слоя покрытия из сплава на основе никеля, содержащего, по крайней мере, кобальт, хром, алюминий и иттрий, осаждение внешнего слоя покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего никель, кремний и бор и вакуумный отжиг лопатки с покрытием, отличающийся тем, что поверхность пера лопатки дополнительно обрабатывают потоком стеклянных сферических частиц под давлением сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа, по крайней мере, дважды - после осаждения внутреннего слоя покрытия и проведения вакуумного отжига.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина внутреннего слоя покрытия составляет 10-30 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер стеклянных сферических частиц составляет 20-250 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончательной обработки потоком стеклянных сферических частиц лопатку с покрытием подвергают окончательному отжигу.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумный отжиг проводят при температуре 950-1100°С в течение 2-4 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий в вакууме и может быть применено для вакуумного нанесения покрытий на рулонные материалы при производстве электродной фольги для алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов, суперконденсаторов, аккумуляторов и подобных изделий.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам изготовления анодной фольги, которая может быть использована в твердых электролитических конденсаторах с электролитом из проводящего полимера.

Изобретение относится к области технологии нанесения защитных антифрикционных покрытий, в частности к способу получения антифрикционных тонких пленок и может быть использовано в вакуумной, авиационной и космической технике, микромеханике, изготовлении металлорежущего и металлообрабатывающего инструмента.

Изобретение относится к способу получения тонких пленок карбида кремния методом вакуумной лазерной абляции и может быть использовано для получения тонкопленочных покрытий и активных слоев тонкопленочных приемников УФ-излучения в микроэлектронике.

Изобретение относится к восстановлению распыляемой мишени из тантала и может быть использовано в производстве интегральных схем и других электрических, магнитных и оптических продуктов.

Изобретение относится к способу получения пленочных покрытий и может найти применение при изготовлении мелкозернистых порошков и других изделий с покрытиями. .
Изобретение относится к покрытиям, защищающим детали от воздействия высоких температур, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении, энергетике и других отраслях техники.

Изобретение относится к области плазменной техники, связанной с вакуумной металлизацией поверхностей и синтезом неорганических пленок при распылении твердого вещества пучком заряженных частиц, и предназначено для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент, для синтеза неорганических покрытий, в том числе многокомпонентных и многослойных.

Изобретение относится к электротермическому машиностроению, в частности к вакуумным установкам для химико-термической обработки в разряде и нанесения покрытий. .

Изобретение относится к технологии улучшения функциональных деталей и способу получения износостойких и обладающих высокой усталостной прочностью поверхностных слоев на деталях из титановых сплавов и к изготовленным этим способом деталям

Изобретение относится к способу поверхностной обработки слоя керамического покрытия режущего инструмента с помощью электронного пучка и к режущему инструменту

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на тело, выполненное из металла, стекла, минерала или пластика, и телу, полученному этим способом

Изобретение относится к способу лазерной абляции для нанесения покрытия на изделие, имеющее одну или более поверхностей, и к изделию с покрытием

Изобретение относится к нанесению покрытий на металлические изделия, имеющие большие поверхностные зоны

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из нитрида углерода на различные изделия, имеющие большие поверхностные зоны, а также к изделиям с покрытием из нитрида углерода, изготовленным данным способом

Изобретение относится к солнечным элементам и слоям материала в составе этих элементов, а также к способу и системе для изготовления солнечных элементов

Изобретение относится к способу восстановления элементов турбомашины

Изобретение относится к технологиям повышения износостойких, прочностных и антифрикционных свойств металлорежущего инструмента, внешних поверхностей обшивки авиационных и космических летательных аппаратов, оптических приборов и нанотехнологиям. Алмазоподобные покрытия получают в вакууме путем распыления материала мишени импульсным лазером. На материал мишени, выполненной из графита высокой степени чистоты (более 99.9%), воздействуют комбинированным лазерным излучением: сначала коротковолновым (менее 300 нм) импульсным излучением, в качестве источника которого используют KrF-лазер с длиной волны 248 нм и удельной энергией 5·107 Вт/см2, в результате чего осуществляется абляция и образуется газоплазменная фаза материала мишени. Последующее воздействие на газоплазменное облако во время разлета облака от мишени к подложке осуществляют длинноволновым (более 1 мкм) лазерным излучением. В качестве источника длинноволнового лазерного излучения используют газовый CO2-лазер или твердотельный волоконный лазерный излучатель. Технический результат изобретения заключается в увеличении алмазной фазы в получаемом покрытии и увеличении энергетического спектра плазмы на стадии ее разлета. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетическом и авиационном турбостроении, преимущественно для защиты пера лопаток промышленных газотурбинных установок ГТУ от высокотемпературной коррозии

Наверх