Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕМОНТА ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ИЗДЕЛИЙ ГТД

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при ремонте лопаток газотурбинных двигателей.

Известен “Способ ремонта поверхностных дефектов турбинных лопаток”, заключающийся в том, что прокорродированную часть поверхности подвижной лопатки из трудносвариваемого высоколегированного сплава удаляют, например, путем механической обработки, затем этот участок лопатки наплавляют сплавом MCrAl, где М - сплавы системы Ni-Co, Ni-Co-Fe с использованием плазмы низкого давления, после чего проводят диффузионную термообработку лопатки и ее чистовую механическую обработку в соответствии с профилем (патент Японии № 6-32546).

Способ этот из-за возможности окисления поверхностей в процессе нанесения плазменного покрытия не обеспечивает гарантированного соединения покрытия с подложкой.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является патент США №5735448. Способ ремонта поверхностных дефектов лопатки, включающий очистку ремонтируемой поверхности, после которой на дефектные места наносят ремонтную смесь - пасту, состоящую из 20-60% летучего органического компонента, либо 20-60% водоосновного компонента, 3-8% плавкого реагента, 1-5% загущающего реагента, остальное - смесь двух компонентов металлических порошков. Первый компонент имеет состав, близкий к основному материалу, второй на той же основе, что и основной материал, но благодаря содержанию депрессантов, например бора, имеет температуру плавления меньше, чем первый порошковый компонент. Соотношение первого и второго компонентов в смеси 60:40. После нанесения ремонтной смеси производится нагрев в вакууме до температуры 525-555°С со скоростью 15°С в минуту с выдержкой около 15 минут. Последующий нагрев до температуры 970-1000°С со скоростью 10°С в минуту и выдержке при этой температуре 10 минут, последующее увеличение температуры нагрева до температуры плавления второго компонента для затекания его в места дефектов с выдержкой, при которой диффузионное взаимодействие с первым компонентом смеси не произойдет, затвердевание жидкой фазы. Затем нагрев лопатки до 1100-1115°С и выдержка при этой температуре для достижения эффекта изотермического диффузионного упрочнения ремонтной смеси. Дальнейшее увеличение выдержки при высокой температуре для гомогенизации и восстановления свойств (патент США №5735448).

Недостатком прототипа является небольшая толщина покрытия до 200 мкм, отекание его при нанесении на поверхности с углом наклона более 60° и пористость в покрытии.

Технической задачей изобретения является увеличение толщины ремонтного покрытия, отсутствие стекания наполнителя при нанесении в любом пространственном положении и отсутствие пористости.

Для достижения технической задачи предлагается следующий способ ремонта поверхностных дефектов изделий ГТД композиционным наплавочным покрытием, включающий очистку ремонтируемой поверхности изделий, нанесение наполнителя в виде пасты на основе металлического порошка с органическим связующим, высокотемпературную вакуумную пайку с последующей гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия и окончательную механическую обработку изделий, в котором до нанесения наполнителя в виде пасты на ремонтируемую поверхность наносят гибкий наполнитель из никелевой сетки со спеченным слоем гранул, выполненных из жаропрочного никелевого сплава, а после нанесения наполнителя в виде пасты производят спекание наполнителей с изделием в вакууме и последующее нанесение на слой наполнителей жаропрочного припоя на никелевой основе. Гранулы, спекаемые с никелевой сеткой, располагают в один слой и они являются однородными по размеру. Наполнитель в виде пасты состоит из порошка жаропрочного никелевого сплава, имеющего размер частиц в 2,5-3 раза меньше, чем размер гранул, спеченных с никелевой сеткой. Высокотемпературную вакуумную пайку осуществляют по режиму термовакуумной обработки основного материала с возможным проведением ее одновременно с гомогенизацией композиционного наплавочного покрытия.

Никелевая сетка обеспечивает закрепление наполнителя на поверхности основного материала, отсутствие пористости по границе покрытия с основным материалом. Кроме того, никелевая сетка способствует уменьшению содержания эвтектических колоний припоя по границе покрытия с основным материалом, улучшает способность выравнивания структуры покрытия в процессе гомогенизационного отжига покрытия. Закрепление наполнителя никелевой сеткой препятствует стеканию покрытия при его нанесении на поверхность основного материала.

Покрытия, выполненные по данному способу в зависимости от выбранного размера гранул, могут достигать толщины 1 мм и наноситься в любом пространственном положении, имеют прочное сцепление с основным материалом, отсутствует стекание наполнителя и пористость в покрытии.

Примеры осуществления.

Образцы для нанесения покрытия изготавливались следующим образом: на шлифованные поверхности пластин из сплава ЖС6У размером 30×30 мм и толщиной 5 мм наносился наполнитель в виде пасты по рецептуре прототипа и с использованием гибкого наполнителя в виде никелевой сетки. В обоих случаях в качестве компонента №1 по прототипу и гранулированного наполнителя по предлагаемому способу использовался порошок сплава ЖС6У, распыленный в вакууме и рассеяный на разные партии: первая партия имела размеры гранул 40-63 мкм, вторая - 100-166 мкм, третья - 250-400 мкм. В качестве припоя по предлагаемому способу, или компонента 2 по прототипу, применялся припой ВПр47. Нагревы производились в вакуумных печах с вакуумом не ниже 10^-4 мм рт.ст.

Покрытие на образцы наносилось в двух положениях поверхностей - горизонтальном и вертикальном.

По результатам испытаний покрытия (определение толщин, пористости и наплывов), представленных в таблице, видно, что при нанесении покрытий по прототипу они имеют большую неравномерность толщины.

Предлагаемое нами покрытие наносилось в двух вариантах: толщиной около 200 мкм и 500 мкм. Для первого варианта к никелевой сетке припекался слой гранул сплава ЖС6У толщиной 100-160 мкм, второго - 250-400 мкм, для заполнения промежутков между крупными гранулами применялась паста на основе акриловой смолы с наполнителем из порошка ЖС6У с размером частиц для первого варианта - 40-63 мкм, второго - менее 166 мкм.

В соответствии с рецептурой прототипа соотношение наполнителя ЖС6У и припоя ВПр47 в смеси было 60:40. Наполнитель имел размер частиц менее 166 мкм, припой - 40-100 мкм. Нагрев осуществляли ступенчатый со скоростью 15°С в минуту до 555°С с выдержкой 15 минут, затем со скоростью 10°С в минуту до температуры 990°С с выдержкой 10 минут, последующий подъем до температуры начала плавления ВПр47 - 1100°С с выдержкой 1 час и подъем до температуры 1150°С с выдержкой 1 час.

При изготовлении гибкого наполнителя температура спекания при нагреве в вакуумной печи составляла 1200°С. Пайка припоем ВПр47 производилась при 1210°С, выдержка составляла 4 часа.

Пористость оценивалась на шлифах поперечных сечений поверхности с покрытием методом количественной металлографии.

Равномерность покрытия определялась как соотношение минимальных и максимальных значений толщины покрытия на образце.

При горизонтальном положении образцов степень равномерности покрытия, взятая как соотношение минимальной и максимальной толщины полученного покрытия, составляет 0,66 (см. таблицу).

При вертикальном положении поверхности образца, на которую наносилось покрытие по прототипу, произошло значительное стекание припоя вместе с наполнителем (таблица).

При увеличении времени выдержки при пайке до 10 часов для гомогенизации покрытия происходило исчезновение эвтектических включений между частицами наполнителя, при этом не происходило изменения толщины покрытия.

По результатам, представленным в таблице, видно, что по сравнению с прототипом у покрытия, выполненного по предлагаемому способу, имеются значительные преимущества: отсутствует пористость, в 3-4 раза может быть увеличена толщина покрытия и при нанесении покрытия на вертикальные поверхности не происходит стекания покрытия.

Предлагаемый способ ремонта поверхностных дефектов нанесением композиционного наплавочного покрытия может обеспечить значительный экономический эффект при ремонте лопаток турбин ГТД, снизить трудоемкость и материалоемкость ремонта, увеличить ресурс лопаток.