Способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов
Владельцы патента RU 2545975:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к технологии удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, в частности лопаток газотурбинных двигателей. В способе покрытие из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава удаляют путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем ингредиенты при следующих соотношениях, мас.%: фторид аммония 0,3-1,5, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль 3-10, перекись водорода 3-15, дистиллированная вода - остальное. Техническим результатом изобретения является сокращение энергозатрат при удалении покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологиям удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора и других деталей газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.
Известен способ удаления отработанного защитного покрытия из нитрида циркония при ремонте деталей газотурбинных двигателей, заключающийся в химической обработке деталей с защитным покрытием из нитрида циркония в ванне с барботажем в растворе, содержащим хромовый ангидрид, азотную и фтористоводородную кислоты, с последующим осветлением в растворе соляной кислоты и дальнейшей обработкой деталей в торовой вибрационной установке керамическими гранулами (патент РФ №2205734, опубликован 10.06.2003).
Недостатком данного способа является неудовлетворительная экологичность, связанная с использованием агрессивных концентрированных кислот: фтористоводородной и азотной, и высокая трудоемкость процесса из-за наличия дополнительных механических операций.
Известен способ удаления металлических покрытий с подложки из титановых сплавов, заключающийся в электрохимической обработке деталей в электролите, в состав которого входят реагент-окислитель (перекись водорода) и органическая кислота с карбоксильной группой (щавелевая, муравьиная) или гидроксил-карбоксильной группой (винная, молочная). Обработка деталей ведется при температуре 65-70°C, при напряжении 20-29 В в течение 10 ч и более (патент ЕР 0482565 В1, опубликован 05.01.2000).
Недостатком способа является то, что он продолжителен по времени и требует больших затрат электроэнергии.
Наиболее близким аналогом является способ удаления металлических покрытий с изделия, содержащего подложку из титана или титановых сплавов (патент РФ №2094546, опубликован 27.10.1997). Этот электрохимический способ удаления покрытия с металлической подложки, включающий анодную обработку в растворе, содержащем воду, неорганическую аммонийную соль с добавкой вещества органической природы и/или неорганической соли, при этом обработку ведут в течение 4-7 мин в нагретом растворе при температуре 47-87°C, напряжении 180-340 В и плотности тока 1500-5000 А/м2.
Недостатком указанного способа является высокая энергозатратность ремонтного производства, связанная с использованием источников электропитания большой мощности и необходимостью в сложном технологическом оборудовании.
Техническая задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в упрощении технологии удаления покрытия из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов.
Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение энергозатрат при удалении покрытий.
Для достижения указанного технического результата разработан способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов, включающий его обработку путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем перекись водорода, фторид аммония, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевую соль при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%: фторид аммония - 0,3-1,5, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль - 3-10, перекись водорода - 3-15, дистиллированная вода - остальное. В способе обработку покрытия в растворе можно проводить в течение Тоб=40-180 мин.
Вышеуказанный подбор ингредиентов раствора для обработки и параметров технологического процесса позволяет полностью исключить использование каких-либо электрохимических и механических процессов для удаления покрытия (полного или частичного снятия его с поверхности (если необходимо)). Удаление покрытия происходит путем его травления в вышеуказанном растворе, причем подложка изделия остается неповрежденной.
Основные особенности химических процессов, связанных с удалением покрытия, состоят в следующем. Установлено, что присутствие перекиси водорода в растворе на основе фторида аммония и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевой соли (Na-ЭДТА) в предлагаемом количественном соотношении инициирует химическое растворение покрытия из нитрида циркония без использования электроэнергии. При разложении перекиси образуется кислород, который окисляет ионы циркония (+3) в нитриде до высшей степени окисления (+4), которые затем легко реагируют с фторидом аммония и Na-ЭДТА с образованием растворимых в воде комплексных соединений. Равномерное выделение газообразного кислорода по всему покрытию обеспечивает равномерное растворение нитрида циркония.
При приготовлении растворов для удаления покрытия из нитрида циркония использовали следующие ингредиенты: дистиллированная вода по ГОСТ 6709, фторид аммония (NH4F) по ГОСТ 4518-75, перекись водорода (Н2О2) по ГОСТ 10929-76, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль (Na-ЭДТА) по ГОСТ 10652-73. Составы растворов приведены в таблице 1.
Порядок приготовления раствора был следующий: навеску фторида аммония и Na-ЭДТА растворяли в половине количества дистиллированной воды, нагревали до нужной температуры, затем вводили необходимое количество перекиси водорода и оставшуюся порцию дистиллированной воды.
| Таблица 1 | ||||
| Составы приготовленных растворов | ||||
| Наименование состава раствора | Содержание ингредиентов, мас.% | |||
| NH4F | Н2O2 | Na-ЭДТА | Вода | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Состав 1 | 0,1 | 3 | 5 | остальное |
| Состав 2 | 0,3 | 5 | 1 | остальное |
| Состав 3 | 1,0 | 20 | 3 | остальное |
| Состав 4 | 0,8 | 10 | 3 | остальное |
| Состав 5 | 1,0 | 10 | 10 | остальное |
| Состав 6 | 0,3 | 1 | 8 | остальное |
| Состав 7 | 1,5 | 5 | 8 | остальное |
| Состав 8 | 2,0 | 10 | 5 | остальное |
| Состав 9 | 0,8 | 20 | 8 | остальное |
| Состав 10 | 1,0 | 10 | 6 | остальное |
Обработка образцов велась в растворах, нагретых до температур Тоб в интервале от 50° до 80°C включительно. В ходе испытаний, например, использовались образцы с общей площадью покрытия 30 см2 на титановой подложке с толщиной в Н=18-20 мкм, с которых растворяли покрытие из нитрида циркония с использованием 100 г раствора. Результаты обработки образцов в растворе представлены в таблице 2.
Использовались также образцы из титана (типа ВТ1-00, ВТ1-0 по ГОСТ 19807-91) и других титановых сплавов, на которых были получены результаты, полностью идентичные результатам, приведенным в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Результаты обработки образцов | |||
| Составы растворов | Время обработки, мин | Образцы | |
| Титановый сплав ВТ-6 (ГОСТ 19807-91), площадь покрытия 30 см2, толщина покрытия 18 мкм | Титановый сплав ВТ-8 (ГОСТ 19807-91), площадь покрытия 30 см2, толщина покрытия 20 мкм | ||
| 1 | 180 | Растворение покрытия отсутствует | Растворение покрытия отсутствует |
| 2 | 180 | Растворение покрытия отсутствует | Растворение покрытия отсутствует |
| 3 | 60 | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки |
| 4 | 60 | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений |
| 5 | 40 | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений |
| 6 | 180 | Растворение покрытия отсутствует | Растворение покрытия отсутствует |
| 7 | 50 | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений |
| 8 | 60 | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки |
| 9 | 60 | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки | Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки |
| 10 | 60 | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений | Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений |
По данным таблицы видно, что растворение покрытия отсутствует при содержании в растворе фторида аммония меньше 0,3%, Na-ЭДТА меньше 3%, перекиси водорода меньше 3%. При содержании в растворе перекиси водорода более 15% и фторида аммония более 1,5% происходит травление титановой подложки образцов. Повышение температуры раствора ускоряет процесс растворения покрытия, однако нагрев раствора более 80°C не целесообразен, так как кипение может привести к преждевременному разложению перекиси водорода и быстрой выработке раствора. Ведение процесса растворения при температурах ниже 50°C приводит к длительному (несколько часов) и неравномерному растворению покрытия.
Таким образом, по результатам испытаний наиболее эффективными будут растворы, содержащие в массовом отношении 0,3-1,5% фторида аммония, 3-10% Na-ЭДТА и 3-15% перекиси водорода, остальное - дистиллированная вода.
Предлагаемый способ позволяет вести процесс удаления защитного покрытия из нитрида циркония с деталей из титана и титановых сплавов без затрат электрической энергии, упростить ремонтную технологию и одновременно проводить обработку большого количества деталей.
1. Способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов, включающий обработку покрытия путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем перекись водорода, фторид аммония и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевую соль при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
| фторид аммония | 0,3-1,5 |
| этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль | 3-10 |
| перекись водорода | 3-15 |
| дистиллированная вода | остальное |
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку покрытия в растворе ведут в течение Тоб=40-180 мин.
