Способ подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий

Авторы патента:

Воропанов Владимир Сергеевич (RU)

G01N31/22 - с помощью химических индикаторов (G01N 31/02 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2546517:

Воропанов Владимир Сергеевич (RU)

Изобретение относится к неразрушающей дефектоскопии, к исследованию свойств металлов и предназначено для подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на деталях, изготовленных из углеродсодержащих жаропрочных сплавов. Способ подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на деталях, изготовленных из углеродсодержащих жаропрочных сплавов, по изменению физико-химических свойств поверхностного слоя жаростойких диффузионных покрытий в процессе эксплуатации при повышенной температуре, включает нанесение реагента на поверхность покрытия, причем о факте исчерпания защитных свойств жаростойкого диффузионного покрытия судят визуально на основании изменения цвета поверхности жаростойкого диффузионного покрытия с образованием углерода и оксидов черного цвета при протекании химической реакции между карбидными фазами, формирующимися в поверхностном слое жаростойкого диффузионного покрытия на поздних стадиях эксплуатации, и реагентом. Достигается простота, достоверность и надежность испытаний. 1 пр., 5 табл., 10 ил.

Известен способ определения выработанного деталью ресурса, который оценивается по изменению физических свойств материала датчика, закрепленного на поверхности испытуемой детали [Sahm K.-F., Natter М. Dornier-fatique measuring system. ″Dornier Post″, 1978, №3, p.48-49].

Недостатком способа является то, что о выработанном ресурсе судят по изменению отражательной способности датчика, наклеенного на ее поверхность, что не гарантирует надежности определения выработанного ресурса в связи с различиями свойств материалов детали и датчика.

Наиболее близким техническим решением является способ оценки выработанного ресурса [Патент РФ №1769069 от 04.12.1990 г. / Способ оценки степени усталостного повреждения материалов // Воропанов В.С., Свирский Ю.А., Воропанова Л.А.], заключающийся в том, что образец материала подвергают воздействию циклических нагрузок и определяют изменение химического состава поверхностного слоя материала от циклического нагружения, по которому судят о доле выработанного ресурса.

Недостатком способа является высокая трудоемкость его практической реализации в связи с необходимостью специальной подготовки полированного исследуемого участка поверхности детали и сложностью технологии проведения электронно-зондового рентгеноспектрального анализа, требующего создания глубокого вакуума.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка достоверного и простого способа подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на углеродсодержащих жаропрочных сплавах.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является возможность перехода от системы эксплуатации деталей из жаропрочных углеродсодержащих сплавов с нанесенными на них жаростойкими диффузионными покрытиями по назначенному ресурсу к системе эксплуатации по техническому состоянию.

Этот технический результат достигается тем, что в способе подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на деталях, изготовленных из углеродсодержащих жаропрочных сплавов, по изменению физико-химических свойств поверхностного слоя жаростойких диффузионных покрытий в процессе эксплуатации при повышенной температуре, включающем нанесение реагента на поверхность жаростойкого диффузионного покрытия, о факте исчерпания защитных свойств жаростойкого диффузионного покрытия судят визуально на основании изменения цвета поверхности жаростойкого диффузионного покрытия с образованием углерода и оксидов черного цвета при протекании химической реакции между карбидными фазами, формирующимися в поверхностном слое жаростойкого диффузионного покрытия на поздних стадиях эксплуатации, и реагентом.

Сущность способа поясняется фиг. 1-10 и табл. 1-5, где даны фазовые составы жаропрочного сплава ЖС32 (фиг. 1, табл. 1), нанесенного на сплав жаростойкого диффузионного покрытия (фиг. 2, табл. 2), изменение фазового состава поверхностного слоя покрытия в процессе эксплуатации при повышенной температуре (фиг. 3, 4 и 5, табл. 3, 4 и 5); внешний вид образцов с покрытием в процессе эксплуатации при повышенной температуре до исчерпания покрытием защитных свойств (фиг. 6), на момент исчерпания покрытием защитных свойств (фиг. 7) и после того, как покрытие исчерпало защитные свойства (фиг. 8); нанесение на поверхность капли раствора жидкого реагента до исчерпания покрытием защитных свойств не вызывает протекания химической реакции (фиг. 9), тогда как на момент исчерпания покрытием защитных свойств наблюдаются признаки протекания химической реакции (фиг. 10).

Одновременно с исчерпанием покрытием защитных свойств, как это следует из данных фиг. 4 и табл. 4, в поверхностном слое покрытия формируются карбидные фазы Cr₂₃C₆ и AlNi₃C_0,5. Для их обнаружения на поверхность наносили водный раствор гипохлорита натрия NaOCl. В результате окислительно-восстановительных реакций между карбидными фазами и гипохлоритом натрия

Cr₂₃C₃+23NaOCl=6С+23NaCl+23CrO	(1)
2AlNi₃C_0,5+12NaOCl=С+3Ni₂O₃+A1₂O₃+12NaCl	(2)

выделяются продукты реакции (например, углерод и оксиды хрома и никеля черного цвета), которые можно обнаружить визуально (фиг. 10).

Эксплуатация деталей из жаропрочных сплавов при повышенных температурах после исчерпания жаростойким диффузионным покрытием защитных свойств неизбежно приводит к прогару покрытия, развитию процесса окисления жаропрочного сплава и существенному нарушению геометрии детали (фиг. 8). Данное обстоятельство делает детали неремонтопригодными, что исключает возможность их повторного использования и влечет существенные материальные потери. Вместе с тем своевременный вывод детали из эксплуатации до появления прогара покрытия позволяет неоднократно проводить восстановительный ремонт и возвращать деталь для повторной эксплуатации, сэкономив тем самым материальные средства. Для предотвращения прогара покрытия, как правило, используют систему эксплуатации по назначенному ресурсу, что не позволяет в полной мере использовать защитные свойства жаростойкого покрытия. Наличие простого и объективного критерия исчерпания жаростойким покрытием защитных свойств позволяет перейти к системе эксплуатации по техническому состоянию, что дает возможность более полно использовать резервы жаростойкого покрытия без риска образования прогара.

Пример конкретного выполнения способа

Экспериментальные цилиндрические образцы диаметром 14 мм и высотой 5 мм изготовлены из жаропрочного сплава марки ЖС32. По данным спектрального анализа, проведенного на спектрографе марки PMI Master PRO, был определен химический состав сплава (весовых %): С - 0,17; Cr - 5,0; Со -9,2; W - 9,1; Мо - 1,2; Al - 5,9; Nb - 1,5; Та - 4,1; Re - 3,9; Hf - 0,03; В - 0,014; Y - 0,004; Се - 0,02; Si - 0,24; Ni - основа.

Термическая обработка сплава: закалка в вакууме с 1280°C после отжига в течение 4 часов при той же температуре.

Фазовый состав сплава и покрытий как в исходном состоянии, так и на разных стадиях эксплуатации при повышенной температуре, определялся методом рентгенофазового анализа на дифрактометре марки ДРОН-3 с использованием штатного программного обеспечения дифрактометра; перед снятием дифрактограммы поверхность образцов очищалась от оксидных пленок при помощи мягкой абразивно-жидкостной обработки.

Дифрактограмма поверхностного слоя образца после термической обработки сплава до нанесения покрытия представлена на фиг. 1; фазовый состав сплава ЖС32 после термической обработки до нанесения покрытия представлен в табл. 1.

На образцы было нанесено жаростойкое диффузионное покрытие (хромоалитирование в вакууме, остаточное давление 1,33·10^-1 Па). Нанесение покрытия производилось в порошковой смеси следующего состава (весовых %): порошок алюминия марки АСД-4 - 10%; порошок хрома марки ПХС - 40%; порошок оксида алюминия марки ГОО - 50%; хлористый аммоний NH₄Cl (квалификация «ЧДА») - 0,5%. Температура формирования покрытия составляла 1000°C, продолжительность процесса - 5 часов.

После нанесения покрытия образцы были подвергнуты термовакуумной обработке при температуре 1210°C в течение 1 часа 15 минут при остаточном давлении 1,33·10^-1 Па для снятия внутренних напряжений и удаления газов из поверхностных слоев.

Дифрактограмма поверхностного слоя покрытия до начала эксплуатации при повышенной температуре представлена на фиг. 2; фазовый состав поверхностного слоя покрытия до начала эксплуатации при повышенной температуре представлен в табл. 2. Карбидные фазы в поверхностном слое покрытия не обнаружены.

После нанесения покрытия образцы выдерживали в муфельной печи при температуре 1080°C.

Дифрактограмма поверхностного слоя покрытия после 300 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C представлена на фиг. 3; фазовый состав поверхностного слоя того же покрытия представлен в табл. 3.

Дифрактограмма поверхностного слоя покрытия после 400 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C представлена на фиг. 4; фазовый состав поверхностного слоя того же покрытия представлен в табл. 4.

Дифрактограмма поверхностного слоя покрытия после 500 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C представлена на фиг. 5; фазовый состав поверхностного слоя того же покрытия представлен в табл. 5.

На фиг. 6 представлен внешний вид образца после 300 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C. Равномерный серый цвет сплошной оксидной пленки свидетельствует о том, что покрытие не исчерпало своих защитных свойств. Результат анализа фазового состава поверхностного слоя покрытия (фиг. 3, табл. 3) свидетельствуют об отсутствии карбидных фаз. Нанесение капли 4% водного раствора гипохлорита натрия на очищенную от оксидных пленок поверхность данного покрытия не приводило к протеканию химических реакций (фиг. 9).

На фиг. 7 представлен внешний вид образца после 400 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C. Неравномерный серый цвет оксидной пленки обусловлен появлением в ее структуре сложного оксида NiCrO₄, что свидетельствует о том, что покрытие исчерпало свои защитные свойства и началось окисление жаропрочного сплава. Результаты анализа фазового состава поверхностного слоя покрытия (фиг. 4, табл. 4) свидетельствуют о появлении в нем карбидных фаз. Нанесение капли 4% водного раствора гипохлорита натрия на очищенную от оксидных пленок поверхность данного образца приводило к протеканию химических реакций типа (1, 2) с образованием углерода, оксида хрома и оксида никеля черного цвета, которые легко могут быть обнаружены визуально (фиг. 10).

На фиг. 8 представлен внешний вид образца после 500 часов пребывания в муфельной печи при температуре 1080°C. На поверхности образца имеются явные признаки прогара покрытия, что свидетельствует об интенсивном развитии процесса окисления жаропрочного сплава. Результаты анализа фазового состава поверхностного слоя соответствующего покрытия (фиг. 5, табл. 5) свидетельствуют о наличии карбидных фаз и значительного количества разнообразных оксидов.

По сравнению с прототипом использование данного достоверного и простого способа позволяет, не прибегая к применению дорогостоящего оборудования, визуально подтвердить факт исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на углеродсодержащих жаропрочных сплавах.

Способ подтверждения исчерпания защитных свойств жаростойких диффузионных покрытий на деталях, изготовленных из углеродсодержащих жаропрочных сплавов, по изменению физико-химических свойств поверхностного слоя жаростойких диффузионных покрытий в процессе эксплуатации при повышенной температуре, включающий нанесение реагента на поверхность покрытия, отличающийся тем, что о факте исчерпания защитных свойств жаростойкого диффузионного покрытия судят визуально на основании изменения цвета поверхности жаростойкого диффузионного покрытия с образованием углерода и оксидов черного цвета при протекании химической реакции между карбидными фазами, формирующимися в поверхностном слое жаростойкого диффузионного покрытия на поздних стадиях эксплуатации, и реагентом.

Изобретение относится к медицине и описывает применение резоруфина и/или толуидинового синего, используемых в качестве органического окислительно-восстановительного красящего вещества, одного или нескольких полиолов, в частности глицерина, и воды, введенных в используемые в качестве вспомогательных веществ желатин и/или гидроксиэтилкрахмал, и/или метилцеллюлозу, в качестве индикатора кислорода.

Устройство для определения вредных веществ в воздухе // 2539867

Изобретение относится к области экологии, в частности к санитарно-химическому контролю состояния окружающей среды, и может быть использовано для решения задач обнаружения и измерения концентраций вредных веществ в воздухе.

Способ фотометрического определения железа (iii) в растворах чистых солей // 2531053

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к фотометрическому определению малых концентраций железа (III) в растворах чистых солей. Способ включает переведение железа (III) в комплексное соединение с органическим реагентом и поверхностно-активным веществом в слабокислой среде нагреванием на водяной бане и последующим фотометрированием полученного раствора, при этом к раствору железа (III) с pH 3,9-5,2 добавляют 50-кратное количество органического реагента, в качестве которого используют ксиленоловый оранжевый, 1,8-2,2 мл раствора поверхностно-активного вещества в виде 2%-ного раствора ETHAL LA-7, и воды до 10 мл объема с последующим нагреванием на водяной бане при температуре 60-80°C в течение 15 мин и добавлением в полученный раствор 1 мл ацетона.

Система спектрального анализа длины волны для определения газов с использованием обработанной ленты // 2524748

Изобретение относится к области обнаружения газов и касается системы спектрального анализа для определения газов с использованием обработанной ленты. Система включает в себя обработанную ленту, источник регулируемого цвета, фотодиод, датчик для определения цвета и микропроцессор.

Способ определения содержания воды в нефтепродуктах // 2521360

Изобретение относится к контролю качества нефтепродуктов и может быть использовано для определения качества горюче-смазочных материалов, в том числе и для проведения экспресс-контроля горюче-смазочных материалов.

Способ фотометрического определения железа (ii) // 2511631

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно фотоколориметрическому методу анализа, и может быть использовано для определения содержания железа (II) в экстракте хвои ели, содержащей железо (II) в очень малой концентрации.

Способ определения алюминия(iii) // 2510020

Изобретение относится к аналитической химии элементов и описывает способ определения алюминия(III), включающий приготовление сорбента, раствора алюминия(III), извлечение алюминия(III) из раствора сорбентом и переведение его в комплексное соединение на поверхности сорбента, отделение сорбента от раствора, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса алюминия(III) и определение содержания алюминия по градуировочному графику, причем в качестве сорбента используют силикагель, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 7-йод-8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, а интенсивность люминесценции регистрируют при 495 нм.

Способ фотометрического определения железа (ii) в растворах чистых солей // 2510019

Настоящее изобретение относится к области аналитической химии, а именно к фотометрическому методу анализа, и может быть использовано для определения содержания железа (II) в растворах чистых солей, содержащих железо (II) в очень малой концентрации.

Способ определения олова (iv) // 2509167

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способам определения ионов олова (IV). Способ определения олова (IV) в водном растворе включает экстракцию ионов олова (IV).

Способ количественного определения органических соединений в бинарных смесях // 2504768

Настоящее изобретение относится к аналитической химии и описывает способ количественного определения органических соединений в бинарных смесях путем измерения тепловых эффектов полиморфных переходов, протекающих при разложении продуктов насыщения трет-бутилкаликс[6]арена соединениями бинарной смеси, выбранными из группы: циклогексан, хлороформ, диметилсульфоксид, пиридин и из группы: бензол, тетрахлорметан, ацетонитрил, ацетон, дихлорметан, толуол, при этом количественный анализ содержания органических соединений в бинарных смесях осуществляют по градуировочному графику зависимости тепловых эффектов процессов разложения продуктов насыщения этими смесями трет-бутилкаликс[6]арена от содержания компонентов в смеси.

Способ определения содержания монометиланилина в углеводородных топливах индикаторным тестовым средством и индикаторное тестовое средство для его осуществления // 2548724

Группа изобретений относится к контролю параметров качества углеводородных топлив. Индикаторное тестовое средство для определения содержания N-метиланилина в углеводородных топливах представляет собой нейтральный оксид алюминия с иммобилизованным на его поверхности гексацианоферратом (III) калия, сформированный в виде таблеток. Способ определения содержания N-метиланилина в углеводородных топливах с использованием указанного индикаторного тестового средства проводят по его цветовому переходу после контактирования с пробой анализируемого топлива. Достигается достоверность определения более низких концентраций N-метиланилина в углеводородных топливах. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Индикаторный состав для обнаружения дезинфектантов с действующим веществом на основе четвертичных аммониевых соединений // 2548732

Изобретение относится к области дезинфекции и описывает индикаторный состав для обнаружения дезинфектантов с действующим веществом на основе четвертичных аммониевых соединений на поверхностях объектов и выявления полноты дезинфекции путем аэрозольного распыления, содержит 0,5-1,5% раствор тринитротолуола в одноатомном спирте, а в качестве одноатомного спирта используется пропиловый спирт. Изобретение обеспечивает удобство и безопасность использования, увеличение длительности срока работоспособности и интервала температур применения, защиту окружающей среды, возможность применения при работе на вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностях. 1 табл.

Способ экспресс-обнаружения взрывчатых веществ на основе органических пероксидов // 2549446

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к экспресс-обнаружению взрывчатых веществ (ВВ) на основе органических пероксидов. Способ основан на фиксации индикаторным методом пероксида водорода, выделившегося при разложении взрывчатых веществ. Для этого после контакта с твердофазным материалом, обладающим функцией поверхностной кислотности и обеспечивающим разложение ВВ до перекиси водорода, фиксируют изменение цвета индикатора в течение 1 мин. Применение предложенного способа упрощает анализ циклических пероксидов за счет уменьшения количества стадий исследования, а также исключения жидких реагентов, в том числе концентрированных кислот и органических растворителей. Изобретение обеспечивает проведение экспресс-анализа следовых количеств пероксидных ВВ вне лаборатории в широком диапазоне климатических условий. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.

Способ выделения и определения железа (iii) в водных растворах // 2549857

Изобретение может быть использовано в аналитической химии. Для выделения железа (III) из водных растворов используют в качестве первого органического реагента дифенилгуанидин (ДФГ). В качестве второго органического реагента используют салициловую кислоту (СК), а в качестве разбавителя органической фазы - хлороформ. В органическую фазу извлекают комплекс с мольным соотношением компонентов ДФГ:Fе3+:СК, равным 1:1:1. Процесс выделения железа (III) проводят при кислотности среды рН=1,5-2,5 с последующим определением железа (III) титриметрическим методом. Изобретение позволяет повысить селективность и упростить процесс выделения и определения железа (III) из водных растворов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Реагентный индикаторный усеченный конус // 2552294

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к устройствам и средствам для химического анализа жидких сред с помощью иммобилизованных химических индикаторов на твердофазных носителях, и может быть использовано в лабораторной практике и полевых условиях. Представлен реагентный индикаторный усеченный конус, содержащий проточный полый профиль, внутри которого размещен сорбент с иммобилизованными на нем хромогенными реагентами, причем меньшее основание является входным отверстием усеченного конуса, габаритные размеры которого выбирают по следующим зависимостям: dм=0.25÷2.5, dб=(4÷50)·dм, hу.к=(8÷100)·dм, где dм и dб - диаметры меньшего и большего оснований усеченного конуса, мм; hу.к - высота усеченного конуса, мм. Достигается экспрессность и повышение чувствительности определения ионов. 2 ил., 8 пр.

Способ определения аморфного диоксида кремния в промышленных аэрозолях, содержащих элементный кремний // 2554784

Изобретение относится к аналитической химии кремния и его кислородных соединений и может быть использовано в медицине, промышленно-санитарной химии и охране окружающей среды. Способ включает предварительную обработку пробы неорганическим реагентом и определение кремния спектрофотометрическим методом по окрашенному в синий цвет кремнемолибденовому комплексу с последующим перерасчетом на диоксид кремния, причем в качестве реагента используют 20%-ный раствор борофтористоводородной кислоты, а обработку проводят при температуре 70±2°С в течение 40 мин. Достигается повышение селективности анализа. 4 табл.

Способ определения железа (ii) // 2555483

Изобретение относится к области аналитической химии элементов, а именно к методу определения железа, и может быть использовано при его определении в технологических растворах, природных и техногенных водах. Способ определения железа (II) включает приготовление сорбента и раствора железа (III, II). Затем добавляют раствор гидроксиламина для восстановления железа (III) до железа (II) и извлекают железо (II) из раствора сорбентом. Далее переводят железо (II) в комплексное соединение на поверхности сорбента, отделяют сорбент от раствора, измеряют коэффициент диффузного отражения поверхностного комплекса железа (II) и определяют содержание железа по градуировочному графику. В качестве сорбента используют кремнезем, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 3-(2-пиридил)-5,6-ди(2-фурил)-1,2,4-триазин-5′,5″-дисульфокислотой (Ferene S), а измерение коэффициента диффузного отражения осуществляют при 600 нм. Достигаемый при этом технический результат заключается в снижении предела обнаружения и расширении диапазона определяемых содержаний железа. 4 пр.

Способ экспресс-обнаружения взрывчатых веществ // 2555758

Изобретение относится к методам индикаторного выявления следовых количеств взрывчатых веществ и компонентов взрывчатых составов на основе трех групп классов соединений: нитроароматических соединений; нитраминов и нитроэфиров; ионных нитратов. Способ экспресс-обнаружения взрывчатых веществ на основе комплекта химических индикаторов для трех групп классов азотсодержащих соединений включает применение реактивного индикаторного материала с реагентами, предварительно нанесенными в дозированном количестве на носитель, причем в качестве реактивного индикаторного материала используют носитель с иммобилизованным азокомпонентом реактива Грисса, находящимся в твердой химически модифицированной защищенной форме с ковалентно связанной аминогруппой. Достигается повышение чувствительности и надежности, а также - ускорение обнаружения. 3 з.п. ф-лы, 4 прим., 1 табл.

Способ экспресс-определения кобальта(ii) и меди(ii) в водно-солевых растворах для анализа объектов окружающей среды // 2556199

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к разработке экспресс-тестов, и может быть использовано для полуколичественного определения концентрации кобальта(II) и меди(II) в природных, сточных водах и различных жидкостях в полевых условиях. Способ включает наполнение стеклянной трубки с внутренним диаметром 0,5 см Na-формой катионита КБ-2Э-10 массой - 0,2 г, с последующим наполнением анализируемым раствором, содержащим добавленные в него нитрат натрия концентрацией 1 моль/л и нитрат кальция для создания среды, и оценку концентрации кобальта и меди по длине окрашенной зоны катионита при следующем содержании компонентов после наполнения трубки, мас.%: Катионит КБ-2Э-10 - 0,8 Нитрат натрия - 8,5 Нитрат кальция - 0,25 Вода - остальное. Достигается повышение точности и надежности, а также ускорение и упрощение анализа. 1 пр., 2 ил.

Способ определения железа (ii) // 2557980

Изобретение относится к области аналитической химии элементов и может быть использовано при его определении в технологических растворах, природных и техногенных водах. Способ включает приготовление сорбента, раствора железа (III, II), добавление раствора гидроксиламина для восстановления железа (III) до железа (II), извлечение железа (II) из раствора сорбентом, переведение железа (II) в комплексное соединение на поверхности сорбента, отделение сорбента от раствора, измерение коэффициента диффузного отражения поверхностного комплекса железа (II) и определение содержания железа по градуировочному графику, причем в качестве сорбента используют оксид алюминия, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 3-(2-пиридил)-5,6-дифенил-1.2,4-триазин-4′,4′′-дисульфокислотой (феррозин), а измерение коэффициента диффузного отражения осуществляют при 560 нм. Достигается повышение чувствительности и информативности анализа. 4 пр.