Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов покрытий с барьерным слоем для защиты от газовой коррозии в условиях температур выше 900°C, и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности. Способ включает формирование карбидного барьерного слоя на поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, при этом формирование карбидного слоя осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и температуре детали от 850 до 10500С, при давлении газовой углеродсодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст. и выдержке в ней от 2 до 10 мин. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и повысить долговечность деталей из безуглеродистых никелевых сплавов. 1 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов покрытий с барьерным слоем для защиты от газовой коррозии в условиях высоких температур (выше 900°C), и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности, где используют детали из безуглеродистых сплавов на никелевой основе.

К безуглеродистым жаропрочным никелевым сплавам относят сплавы с содержанием углерода не более 0,05% (А.В. Логунов. Тенденции разработки и применения Ni- суперсплавов для лопаток ГТД в современных и перспективных силовых установках авиационного назначения // Технологии легких сплавов, №4, 2011 г., с.11-17).

С одной стороны, применение данных сплавов позволяет повысить температуру на поверхности детали (изделия), в частности, использование данных сплавов для турбинных лопаток газотурбинного двигателя позволяет повысить температуру рабочего газа перед турбиной и, как следствие, снизить удельную массу двигателя и удельный расход топлива при одновременном увеличении удельной тяги, а с другой стороны, особенности элементного состава безуглеродистых жаропрочных сплавов на никелевой основе приводят при воздействии высоких температур (выше 900°C) к формированию в поверхностном слое детали под алюминидным покрытием так называемой вторичной реакционной зоны (ВРЗ), содержащей топологически плотноупакованные (ТПУ) фазы и снижающей характеристики жаропрочности сплавов и долговечность изготавливаемых из них деталей. В связи с этим на поверхности деталей формируют барьерные покрытия, снижающие интенсивность образования ВРЗ (С.А. Мубояджян и др. Высокотемпературные жаростойкие покрытия и жаростойкие слои для теплозащитных покрытий. Авиационные материалы и технологии №1, 2013, 17-20 с.)

Известен способ получения комплексного жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов, включающий насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости лопатки порошковой смесью или газовой средой, нагрева и выдержки лопатки с заполненной внутренней полостью и последующее нанесение диффузионного алюминидного покрытия (см. патент RU №2349678, кл. C23C 10/48, опубл. 20.03.2009).

Недостатки известного способа - высокая трудоемкость из-за операций очистки деталей после химико-термической обработки и недостаточная долговечность детали с покрытием, полученным данным способом, из-за недостаточной для торможения взаимной диффузии элементов покрытия и сплава толщины карбидного слоя и из-за возможности накопления на поверхности детали слоя пиролитического углерода, экранирующего металл от поступления атомов углерода в поверхностный слой детали, что приводит к нестабильным характеристикам науглероживания поверхности детали, такими как удельный привес углерода и глубина образования карбидных частиц.

Технический результат предложенного способа - снижение трудоемкости и повышение долговечности деталей из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава, включающем формирование карбидного барьерного слоя на поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, согласно изобретению, формирование карбидного слоя осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и при давлении газовой углеродсодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст.

Заявленная совокупность признаков является существенной, так как использование вакуумной среды при формировании карбидного барьерного слоя обеспечивает отсутствие на поверхности детали слоя пиролитического графита, экранирующего процесс науглероживания (насыщения углеродом) и не предполагает очистку деталей после химико-термической обработки.

При вакууме хуже 10-1 мм рт.ст. эффективность науглероживания снижается. Создание вакуума лучше 10-5 мм рт.ст. приводит к удорожанию процесса при незначительном улучшении насыщения поверхности углеродом.

При давлении газовой углеродсодержащей среды менее 0,5 мм рт.ст. процесс насыщения углеродом требует длительного времени. При давлении более 10 мм рт.ст. наблюдается снижение эффективности процесса науглероживания.

На рисунке показана структура барьерного карбидного слоя на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава.

Обозначения на рисунке: 1 - деталь, 2 - барьерный карбидный слой.

Реализация способа рассмотрена на примере получения жаростойкого покрытия на поверхности охлаждаемых рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя, изготовленных из безуглеродистого сплава ВЖМ5 следующего химического состава, мас.%: Ni - осн.; Cr - 4,5; Al - 6,0; W - 6,2; Мо - 2,0; Ti - 0,8; Та - 6,2; Со - 9,3; Re - 3,8; С - 0,07. Данное покрытие может быть получено и на других деталях, например, створках реактивного сопла газотурбинного двигателя.

Осуществляют формирование карбидного барьерного слоя в вакууме. Для этого лопатки помещают в вакуумную установку для цементации, например в известную вакуумную установку для цементации типа «FRVOQ». После загрузки лопаток вначале осуществляют вакуумирование до значения,. например, Р=10-2 мм рт.ст. После вакуумирования осуществляют нагрев лопаток до температуры, например 1000°C. Рекомендуемый диапазон температур нагрева деталей от 850 до 1050°C. После нагрева лопаток до заданной температуры осуществляют наполнение рабочего объема установки углеродсодержащей газовой смесью, например, смесью ацетилена с водородом до давления Р=0,5 мм рт.ст. и выдерживают лопатки в газовой среде при этом давлении в течение 9 минут. Рекомендуемый диапазон времени выдержки лопаток от 2 до 10 минут. После этого проводят откачку отработанной газовой среды и выдерживают лопатки в исходном вакууме 40 минут. Рекомендуемый диапазон времени выдержки от 20 до 90 минут. При этом операции заполнения углеродсодержащей газовой смесью рабочего объема установки, откачки и выдержки лопаток повторяют 5 раз. Рекомендуемый диапазон повторений данных операций от 1 до 9 раз.

В результате насыщения поверхности лопаток углеродом получают барьерный карбидный слой глубиной 15-20 мкм, состоящий из равномерно распределенных в сплаве мелких частиц карбидов легирующих элементов глобулярной формы размером менее 1 мкм (см. рисунок).

После охлаждения лопаток осуществляют их выгрузку из установки. Затем на поверхность лопаток наносят жаростойкое алюминидное покрытие известными методами: шликерным алюмосилицированием, порошковым хромоалитированием, газовым алитированием и др.

Например, на лопатки с полученным карбидным барьерным слоем наносят алюмосилицированное покрытие шликерным методом. В итоге получают покрытие, содержащее жаростойкую внешнюю зону и внутреннюю барьерную зону с карбидным слоем. Полученный карбидный слой является эффективным диффузионным барьером, существенно снижающим в составе алюминидного покрытия интенсивность взаимной диффузии элементов покрытия и сплава.

Результаты испытаний образцов на жаростойкость при температуре 1050°C в течение 850 ч показали, что под покрытием ВРЗ не образуется.

Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава, включающий формирование карбидного барьерного слоя путем насыщения поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, отличающийся тем, что насыщение поверхности детали осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и температуре детали от 850 до 1050°С, при давлении газовой углеродосодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст. и выдержке в ней от 2 до 10 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления многослойного покрытия, образующего тепловой барьер, на металлической подложке из жаропрочного сплава и содержащего, по меньшей мере, один металлический подслой (13) и слой (14) керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием и представляющего столбчатую структуру, определяющую поры.

Изобретение относится к производству патронов и предназначено для нанесения защитного полимерного покрытия на поверхность стальных гильз. Способ включает обезжиривание гильзы и травление, чередующиеся промывками горячей и холодной водой, формирование на поверхности гильзы фосфатной пленки, пассивацию и нанесение покрытия с чередующимися сушками, при этом формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы осуществляют, по меньшей мере, в двух ваннах.

Изобретение относится к способу герметизации микроотверстий в металлическом покрытии, полученном химическим восстановлением, включающему нанесение на подложку путем химического восстановления слоя металлического покрытия, содержащего дефекты в виде микроотверстий, допускающих гидравлическое сообщение между подложкой и окружающей средой, нанесение поверх упомянутого слоя металлического покрытия слоя отверждаемого эпоксидного герметика посредством распыления и заполнение дефектов в виде микроотверстий, причем указанный отверждаемый эпоксидный герметик имеет вязкость от 20 до 1200 сПз при температуре окружающей среды, отверждение нанесенного эпоксидного герметика для обеспечения отвержденного эпоксидного покровного слоя и удаление значительной части отвержденного эпоксидного покровного слоя для обеспечения изделия, включающего металлическое покрытие, полученное химическим восстановлением, по существу не содержащее дефектов в виде микроотверстий, допускающих гидравлическое сообщение между подложкой и окружающей средой.

Изобретение относится к пассивированию нефтеперерабатывающего оборудования для уменьшения отложения загрязняющих веществ в оборудовании. Способ пассивирования поверхности нефтеперерабатывающего оборудования включает стадии нанесения на указанную поверхность первой смеси при температуре по меньшей мере 100°C и нанесения второй смеси при температуре по меньшей мере 100°C после того, как нанесена первая смесь, причем первая смесь содержит кислый эфир фосфорной кислоты, образующий комплексный полифосфатный слой, а вторая смесь содержит соль металла.

Изобретение относится к суспензиям для алюминизации компонентов из жаропрочного сплава и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях воздействия горячих коррозионно-активных газов, например газотурбинных компонентов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения антифрикционных и износостойких покрытий на рабочих поверхностях деталей узла трения.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения износостойкого и антифрикционного покрытия на рабочих поверхностях деталей узлов трения.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.

Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий с помощью химических реакций на поверхности, например, формирования преобразованных слоев, а именно к процессам микроплазменного оксидирования вентильных металлов и может быть использовано для получения функциональных покрытий, в том числе электропроводных покрытий в электронике и микроэлектронике.

Изобретение относится к области изготовления электровакуумных приборов, в частности к способу получения интерметаллического антиэмиссионного покрытия Pt3Zr на сеточных электродах генераторных ламп, и может быть использовано для получения интерметаллических антиэмиссионных покрытий на сеточных электродах генераторных ламп.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к технологической вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности стальной детали. Упомянутая установка содержит вакуумную камеру, соединенную с вакуумным насосом, механизм закрепления детали, газопламенную горелку, жестко закрепленную в корпусе вакуумной камеры под углом к поверхности детали, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы в газопламенную горелку, пирометр для измерения температуры обрабатываемой детали, технологический модуль для ионной очистки поверхности обрабатываемой детали, приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, выполненное в виде пресса с верхней неподвижной и нижней подвижной траверсой с закрепленной плоской обрабатываемой деталью, которые расположены в вакуумной камере, понижающий трансформатор для дополнительного нагрева поверхности детали, узел для охлаждения детали для получения отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании и блок управления для высокоскоростного газопламенного напыления. Рассматриваемая установка дополнительно содержит ванну для жидкометаллического расплава, установленную в вакуумной камере под нижней траверсой с деталью. Вокруг ванны расположены нагревательные элементы, а между ними и корпусом установлены теплоотражающие экраны, предохраняющие корпус вакуумной камеры от перегрева. Механизм закрепления детали расположен на нижней траверсе, узел для охлаждения детали закреплен на верхней траверсе, а газопламенная горелка выполнена многоканальной для подачи порошковых материалов одновременно из нескольких порошковых дозаторов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к защитному коррозионно-стойкому покрытию, нанесенному на подложку (4) из жаропрочного сплава. Указанное покрытие содержит по меньшей мере двухслойный металлический слой (7, 10), состоящий по меньшей мере из одного нижнего (7) и верхнего (10) слоя на нижнем слое (7). Нижний слой (7) выполнен из MCrAlX-сплава, содержащего, по меньшей мере, следующие элементы, вес. %:24-26 кобальта (Со),12-14 хрома (Cr),10-12 алюминия (Al),0,2-0,5 по меньшей мере одного элемента из группы, содержащей скандий и редкоземельные элементы, никель - остальное. Верхний слой (10) выполнен из MCrAlX-сплава, содержащего тантал (Та) и/или железо (Fe), причем М в сплаве нижнего и верхнего слоев представляет собой по меньшей мере один элемент из группы, содержащей железо (Fe), кобальт (Со) и никель (Ni), а X в упомянутых сплавах является необязательным и представляет собой по меньшей мере один элемент из группы, включающей скандий (Sc), рений (Re) и редкоземельные элементы, в частности иттрий (Y). Обеспечивается защитное покрытие, которое имеет хорошую устойчивость к высокотемпературным коррозии и окислению, а также проявляет хорошую долговременную стабильность и хорошо приспособлено к механической нагрузке. 41 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области формирования функциональных покрытий, в частности оксида алюминия, на поверхности изделий из титана и его сплавов методами плазменного напыления и микродугового оксидирования. Способ включает электроплазменное напыление на поверхность изделия порошка оксида алюминия дисперсностью 50-100 мкм с дистанцией напыления от 100 до 120 мм при токе дуги от 300 до 350 А и микродуговое оксидирование в анодном режиме при плотности тока (1-2)×103 А/м2, продолжительностью от 10 до 30 минут в щелочном электролите на основе гидрооксида натрия 1-3 г/л. Задачей изобретения является повышение механических свойств плазмонапыленных покрытий на титане и его сплавах, в частности микротвердости, при сокращении времени нанесения. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области получения защитно-декоративных покрытий в вакууме. Способ по первому варианту включает физическое PVD осаждение в вакууме адгезионного слоя на изделие, нанесение на адгезионный слой внутреннего слоя и затем выполнение наружного слоя. Внутренний слой наносят из нитрида титана или нитрида циркония толщиной 1-5 мкм путем PVD осаждения, а наружный слой выполняют толщиной 0,05-0,2 мкм путем имплантации ионов золота с энергией ионов 20-150 кэВ и дозой больше 5·1017 ион/см2, при этом адгезионный слой толщиной 0,2-0,3 мкм выполняют из металла или сплава на его основе, входящего в состав материала внутреннего слоя. В способе по второму варианту наружный слой выполняют путем нанесения слоя золота толщиной 0,05-0,2 мкм и его ионного перемешивания облучением ионами золота с энергией ионов 20-150 кэВ и дозой больше 2·1017 ион/см2. Обеспечивается получение биосовместимых покрытий, износостойких к истиранию и продавливанию, с высокой адгезией к изделию. 4 н. и 9 з.п. ф.-лы, 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к способу газоплазменного напыления теплозащитного покрытия на лопатки турбины газотурбинного двигателя. На перовой части лопатки формируют связующий жаростойкий подслой на основе интерметаллидных никель-алюминиевых (β+Y1) фаз и термобарьерный керамический слой на основе диоксида циркония путем воздействия плазменным напылением на воздухе сфокусированной плазменной струей со скоростью напыляемых частиц 2400 м/с и температурой 5000-12000 K с обеспечением в связующем жаростойком подслое продольной слоистой микроструктуры интерметаллидных зерен, а в термобарьерном керамическом слое - сфероидальных зерен диоксида циркония со столбчатой субструктурой. Связующий жаростойкий подслой толщиной 200 мкм формируют из порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 с дисперсностью частиц 80 мкм при токе дуги I=180 А, напряжении дуги U=260 В, давлении плазмообразующего газа воздуха PB=6,2 атм, давлении транспортирующего газа аргона PAr=5,0 атм. Термобарьерный керамический слой толщиной 150 мкм формируют из порошковой смеси марки ЦрОИ-7 с дисперсностью частиц 90 мкм при токе дуги I=190 А, напряжении дуги 220 В, давлении плазмообразующего газа воздуха PB=2,0 атм, давлении транспортирующего газа аргона PAr=0,1 атм. Технический результат состоит в повышении жаростойкости и термоциклической долговечности их рабочей поверхности за счет улучшения микроструктуры связующего подслоя и рабочего керамического слоя покрытия лопатки в результате термо- и газодинамической интенсификации процесса плазменного напыления. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области осаждения износостойких комбинированных покрытий для защиты поверхностей алюминиевых сплавов от воздействия агрессивных сред и износа, в частности для защиты алюминиевых литейных сплавов с высоким содержанием кремния, и может быть использовано в авиационной промышленности, станко-, судо- и моторостроении. Осаждают износостойкое покрытие на алюминиевый сплав, в котором формируют промежуточный слой с последующим нанесением на него слоя карбида хрома путем химического осаждения из паровой фазы бисаренхроморганического соединения, при этом промежуточный слой формируют из никель-кобальтового сплава электрохимическим способом. Обеспечивается сплошность покрытия и его прочность сцепления с подложкой из алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния, а также снижение времени, энерго- и трудоемкости процесса осаждения. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.

Изобретение относится к области технологии нанесения светопоглощающих покрытий на основе никель-фосфорного соединения на изделия из меди и может быть применено для чернения конструкционных деталей оптических устройств. Способ включает операции предварительной химической обработки исходной поверхности, осаждение никель-фосфорной пленки и последующее ее оксидирование в кислотных растворах. При этом перед процессом осаждения никель-фосфорной пленки на поверхность детали наносят слой золота толщиной 1-5 мкм. Изобретение обеспечивает повышение однородности и воспроизводимости поглощающих свойств формируемых покрытий, а также возможность повторного проведения процессов осаждения. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к элементам скольжения, таким как вкладыши или втулки подшипников. Элемент скольжения (20) подшипников содержит основу (22), выполненную из стали, базовый слой (24) из спеченного металлического порошка, расположенный на основе (22) и содержащий медь, олово, висмут и твердые частицы (40), состоящие из Fe3P или из MoSi2 в количестве от 0,2 вес.% до 5,0 вес.% со среднеобъемным размером D50, не превышающим 10 микрон, и твердостью, по меньшей мере, 600 HV 0,05 при температуре 25°С. В одном из вариантов на базовый слой (24) напыляют слой (26) олова. Между базовым слоем (24) и напыленным слоем (26) олова может быть расположен разделительный слой (42) никеля, а также промежуточный слой (44) олова и никеля между разделительным слоем (42) никеля и напыленным слоем (26) олова. В другом варианте элемент (20) скольжения содержит либо осажденное алюминиевое покрытие (30), либо полимерное покрытие (28), нанесенное непосредственно на базовый слой (24). Полимерное покрытие (28) содержит твердые частицы (48), состоящие, например, из Fe2O3. Изобретение направлено на повышение износостойкости скользящих элементов подшипников в течение длительного времени. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 табл., 25 ил., 4 пр.

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий преимущественно на упорные поверхности пятникового узла грузовых вагонов и может быть также использовано в узлах трения различных машин. Способ нанесения антифрикционных покрытий на упорные поверхности пятникового узла грузовых вагонов включает операции предварительного нанесения на поверхность металла шероховатого слоя толщиной от 0,01 до 3,0 мм электроискровым методом с использованием электродов из средне- или высокоуглеродистых сталей и последующее нанесение антифрикционного слоя. На подготовленный шероховатый слой подогреваемым двухсопловым краскораспылителем наносят эпоксидный композит, состоящий из двух равных по массе и объему частей, подаваемых из разных сопел, - эпоксидной смоляной и отверждающей, смешивающихся в процессе нанесения, первая из которых, смоляная, состоит из низковязкой смолы - диглицидиланилина, и ускорителя отверждения - оксикислоты - в количестве от 1 до 5 мас. ч. на 100 мас. ч. смолы, а вторая, отверждающая, представляет собой нетоксичный жидкий аддукт, изготавливаемый взаимодействием пара-аминобензиланилина с диглицидиловым эфиром полиэпихлоргидрина при 10÷15-кратном избытке от стехиометрии пара-аминобензиланилина. Обе упомянутые части содержат одинаковые количества антифрикционных наполнителей, составляющих от 40 мас. ч. до 200 мас. ч. на смоляную и отверждающую части, состоящих из смеси рубленого углеродного волокна длиной от 2 до 30 мм и дисульфида молибдена в соотношении от 15:85 до 95:5, и дополнительно растворители в виде этилацетата или бутилацетата в количестве от 3 до 15 мас. ч. на 100 мас. ч. исходной смоляной и отверждающей частей, испаряющихся в процессе нанесения и отверждения. Обеспечивается повышение прочности и срока службы антифрикционного слоя, устранение выступающих неровностей и снижение коэффициента трения. 2 табл., 1 пр. .

Изобретение относится к способу вакуумно-дугового нанесения на подложку покрытия из каталитически активного материала и к подложке, полученной указанным способом. Осуществляют осаждение материала на одной или более сторон подложки в условиях вакуума в вакуумной камере. Предварительно подложку очищают путем введения газообразного восстановителя в вакуумную камеру. Наносят на подложку промежуточный слой у каталитически активного материала, который является таким же, как материал подложки или подобным ему. Температуру в вакуумной камере устанавливают 150°C-400°C. Затем осуществляют вакуумно-дуговое нанесение покрытия из по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, содержащей рутений, иридий, титан и их смеси, с подачей кислорода в ходе нанесения покрытия. Получают на одной или более сторонах подложки покрытие, по меньшей мере 99% которого не содержит составляющих, которые изначально содержались в подложке, и, по меньшей мере 99% покрытия, нанесенного на промежуточный слой, не содержит неокисленных металлов. На последнем этапе подложку с нанесенным покрытием извлекают из вакуумной камеры. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх