×
18.05.2019
219.017.5b56

СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургии, в частности к разделу химико-термической обработки деталей. Проводят насыщение деталей кобальтом и хромом в циркулирующей галогенидной среде с соотношением кобальта и хрома 20-85 мас.% и 15-80 мас.% соответственно при температуре >900°С и не выше температуры закалки сплава на основе никеля. После насыщения деталей кобальтом и хромом проводят насыщение деталей одновременно алюминием и кремнием шликерным методом при содержании кремниевого порошка 4-50% от общей массы алюминия и кремния в шликере. Затем осуществляют диффузионный отжиг в вакууме или в инертной атмосфере, при этом обработку в шликере и диффузионный отжиг повторяют с получением общей толщины покрытия не более 100 мкм. Повышается стойкость покрытия к высокотемпературному окислению и горячей солевой коррозии при сохранении высокой жаростойкости и, как следствие, повышается качество и долговечность покрытия и деталей. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии, в частности к разделу химико-термической обработки деталей путем последовательного введения в поверхностный слой основного материала деталей диффундирующих элементов покрытия с целью повышения стойкости покрытия к высокотемпературному окислению и солевой коррозии.

Известен способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, в соответствии с которым внутренние полости охлаждаемой лопатки турбины засыпают смесью, содержащей, мас.%: 18,5 - Ni3Al; 18 - Al2O3; 47,6 - Со; 15,5 - Cr; 0,5 - NH4Cl. Затем лопатку помещают в ящик и засыпают смесью, содержащей, мас.%: 18,5 - Ni3Al; 18 - Al2O3; 46,5 - Со; 15 - Cr: 2 - NH4I (Коломыцев П.Т. Газовая коррозия и прочность никелевых сплавов. - М.: Металлургия, 1984. - с.214). Процесс осаждения кобальта и хрома проводят при температуре 1093°С в течение 10 часов в токе водорода. В результате получают покрытие во внутренней полости лопатки с повышенным содержанием хрома, а на наружной поверхности - с повышенным содержанием кобальта. После кобальтхромирования проводят насыщение алюминием или совместное насыщение алюминием и хромом одним из известных способов, например, в порошковых смесях.

Недостатком способа является спекание порошковой смеси, прилипание частиц к поверхности деталей, повышение шероховатости поверхности, приводящей к необходимости механической очистки. При алитировании или хромоалитировании слой покрытия содержит значительное количество дефектов в виде пор и неметаллических включений. Кроме того, щели, каналы, полости лопаток забиваются смесью и детали бракуются. Другим недостатком способа является попутное насыщение слоя азотом.

Известен способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов путем одновременного расплавления алюминия и кремния, введения их в поверхность деталей из никелевых сплавов (Патент US №4310574, МПК С23С 10/52, 12.01.1982), или способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, в котором порошковые частицы элементного алюминия и кремния смешиваются в хромат-фосфатном связующем (Патент US №3248251, МПК С23С 22/74, 26.04.1966), где содержание алюминия и кремния используется в соотношении, вес.%: Al:Si=85-15. Причем, водный раствор связующего составляет примерно 59-60 вес.%, а содержание частиц алюминия и кремния - 40-41 вес.%. Для поддержания контакта частиц алюминия и кремния с поверхностью сплава и между собой во время нагревания до диффузионной температуры могут использоваться и другие выгорающие связующие, например растворы нитроцеллюлозы в эфирах (амилацетат, диэтилоксалат). В никелевых сплавах при обжиге шликера алюминий реагирует с никелем, а кремний сегрегирует к хрому сплава. В результате чего образуется покрытие, состоящее из алюминида никеля и силицидов хрома: β - NiAl + CrxSiy.

Недостатком указанных способов является то, что для получения силицидов хрома в покрытии содержание хрома в никелевом сплаве должно быть не менее 12%. Современные жаропрочные сплавы имеют ограниченное содержание хрома (до 4-6%), т.к. хром понижает температуру солидус. Силициды хрома в покрытии на таких сплавах не формируются и стойкость к коррозии остается на низком уровне. Все это ограничивает возможность использования сплавов при высоких температурах и в агрессивных средах.

Известен способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, в котором одновременное насыщение хромом, алюминием и кремнием осуществляется из шликера (Патент US №6126758, МПК С23С22/33, 03.10.2000).

Однако значительное отличие в плотности компонентов сопровождается высокой неоднородностью их распределения в покрытии и, соответственно, неоднородностью защитных свойств покрытия.

Известен способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, заключающийся в нанесении тонкого слоя платины перед шликерным алитированием (Патент US №5922409, МПК С23С 10/18, 13.07.1999), где использование платины значительно удорожает покрытие.

В качестве прототипа заявителем выбран способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов (RU №2347847 С1, МПК С23С 10/14, 27.02.2009), включающий насыщение деталей кобальтом и хромом в циркулирующей галогенидной среде с соотношением кобальта и хрома 20-85 мас.% и 15-80 мас.% соответственно при температуре >900°С, но не выше температуры закалки сплава на основе никеля.

Вышеуказанный способ позволяет получать равномерные по толщине и однородные по составу высококачественные покрытия, обладающие высокой жаростойкостью и стойкостью против солевой коррозии при высоких температурах.

Недостатком данного способа является сравнительно небольшое время сохранения защитных свойств покрытия, связанное с высокой скоростью флюсования оксидов пленки, сформированной алюминием и хромом, при воздействии газовой среды, содержащей агрессивные компоненты. В результате на поверхности покрытия образуется солевой осадок, резко увеличивающий скорость разрушения покрытия и поверхностного слоя основного материала детали.

Технический результат заявленного способа заключается в повышении стойкости покрытия к высокотемпературному окислению и горячей солевой коррозии при сохранении высокой жаростойкости и, как следствие, повышении качества и долговечности покрытия и деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов, включающем насыщение деталей кобальтом и хромом в циркулирующей галогенидной среде с соотношением кобальта и хрома 20-85 мас.% и 15-80 мас.% соответственно при температуре >900°С, но не выше температуры закалки сплава на основе никеля, при этом согласно изобретению после насыщения деталей кобальтом и хромом проводят насыщение деталей одновременно алюминием и кремнием шликерным методом при содержании кремниевого порошка 4-50% от общей массы алюминия и кремния в шликере, затем осуществляют диффузионный отжиг в вакууме или в инертной атмосфере, при этом обработку в шликере и диффузионный отжиг повторяют с получением общей толщины покрытия не более 100 мкм.

Циркулирующую галогенидную среду можно использовать с хлоридом кобальта, причем насыщение изделия кобальтом и хромом в циркулирующей галогенидной среде целесообразно проводить при содержании компонентов в следующем соотношении, мас.%:

кобальт и хром 80-99,5

хлорид кобальта 0,5-20

Насыщение детали алюминием и кремнием целесообразно проводить два или три раза.

В результате создается новое алюминидное покрытие для деталей из никелевых сплавов, которое содержит композицию из никелькобальтового алюминида (β - (Ni, Со)Al и распределенных в нем дисперсных частиц силицидов хрома CrSi2 и Cr5Si3. Данное покрытие сочетает в себе высокую жаростойкость с высокой стойкостью к химическому разрушению в агрессивных средах, обусловленных многокомпонентным легированием хромом, кобальтом, алюминием и кремнием.

Высокая жаростойкость покрытия обусловлена алюминидами никеля и кобальта, а стойкость к коррозии в агрессивных газовых средах с одновременным повышением жаростойкости покрытия при высокотемпературном окислении достигается, прежде всего, благодаря свойствам кремния, обладающего высокой стойкостью к горячей коррозии за счет формирования оксида SiO2, практически не растворяющегося в кислых средах. Кремний в покрытии образует с хромом силициды, распределенные равномерно по глубине диффузионного слоя.

Согласно данному изобретению покрытие формируют последовательно в несколько стадий. Вначале производят обогащение поверхностного слоя кобальтом и хромом, например, в циркулирующей газовой среде, обусловленной введением в состав компонентов газовой среды хлорида кобальта. Кристаллический хлорид кобальта вводится в состав компонентов на первой стадии при кобальтхромировании в качестве активатора и с целью создания в газовой среде хлоридов хрома и кобальта, ответственных за одновременный перенос атомов хрома и кобальта на поверхность никелевых сплавов. Содержание кобальта и хрома в составе компонентов на первой стадии обработки составляет от 80 до 99,5% при соотношении: кобальт (20-85)% + хром (15-80)% и хлорид кобальта (0,5-20)%. Указанное соотношение компонентов обеспечивает одновременное насыщение поверхностного слоя сплавов атомами кобальта и хрома. При чрезмерном содержании хрома в составе компонентов, более 80%, поверхностный слой, в основном, насыщается хромом, а при чрезмерном содержании кобальта, более 85%, в основном, происходит кобальтирование. Хлорид кобальта в количестве менее 0,5% не обеспечивает перенос кобальта и хрома в необходимом количестве, а при увеличении соли хлорида кобальта более чем 20%, в камере образуется избыточное количество газа, что вызывает повышение расхода соли хлорида кобальта.

На второй стадии нанесения покрытия деталь насыщается алюминием и кремнием, одновременно диффундирующими в основу, обогащенную хромом и кобальтом. Основное назначение алюминия, вводимого в покрытие вместе с кремнием, состоит в формировании защитной пленки оксида алюминия при газовой коррозии. На данной стадии нанесения покрытия применяется шликер, который содержит порошок алюминия и кремния в элементарном виде в жидком связующем. Шликерный метод насыщения позволяет на второй стадии обработки реализовать жидкофазный механизм формирования силицидов хрома, что существенно снижает содержание в покрытии легкоокисляющихся тугоплавких элементов (вольфрама, молибдена, ванадия), которые входят в сплавы для повышения жаропрочности. Такой механизм улучшает сцепление защитной оксидной пленки при работе покрытия. При этом стоит отметить, что кремний практически не растворяется в алюминиде никеля, и при обычном алюмосилицировании известными диффузионными методами покрытие системы Ni-Со-Cr-Al-Si фазового состава [β - (Ni, Co)Al + CrxSiy] получить не удается. Концентрация кремниевого порошка может составлять 4-50% от общей массы алюминия и кремния в шликере. При содержании кремния менее 4% в покрытии резко сокращается количество кремния и силициды хрома в слое не формируются, а при содержании кремния более 50% - покрытие охрупчивается.

Связующим для порошка алюминия и кремния, согласно данному изобретению, является жидкость, преимущественно органическая, представляющая собой раствор нитроцеллюлозы в амилацетате и диэтилоксалате, которая затвердевает и улетучивается при повышении температуры до значений, необходимых для протекания диффузионных процессов и введения алюминия и кремния в поверхность никелевых сплавов. Такие связующие известны. Они могут быть также на водной основе в виде растворов хроматов, фосфатов, силикатов и других солей. Нанесение шликера может быть осуществлено окунанием, распылением или кистью. Далее сплав со слоем шликера нагревается до температуры больше 660°С, когда происходит расплавление алюминия и растворение кремния в вакууме или в инертной атмосфере.

Вторую стадию обработки проводят многократно (два, три раза), путем повторного нанесения слоя шликера, содержащего алюминий и кремний, и диффузионного отжига в вакууме или в инертной атмосфере. Повторное проведение операции алюмосилицирования позволяет существенно увеличить содержание частиц силицидов хрома в структуре покрытия и тем самым обеспечить пятикратное увеличение сопротивляемости горячей солевой коррозии. Повторную обработку детали целесообразно проводить таким образом, чтобы общая толщина слоя покрытия не превышала 100 мкм, так как дальнейший рост толщины слоя сопровождается существенным снижением пластичности и трещиностойкости покрытия.

Пример

Покрытие наносили на образцы из сплавов ЖС32 и ЧС88У. Образцы имели шлифованную поверхность и предварительно были обезжирены в смеси бензина и ацетона, затем высушены на воздухе. Подготовленные таким образом образцы помещали в камеру установки для получения диффузионных покрытий в циркулирующей газовой среде на верхние ярусы приспособления, а на нижних ярусах приспособления размещали технологические компоненты в соотношении, мас.%: (Со+Cr)=90; CoCl2=10, причем кобальт и хром находились в соотношении 30 и 70 мас.% соответственно.

Диффузионный отжиг проводили при температуре 1030°С в течение 4 часов.

Затем на образцы наносили слой шликера окунанием в раствор, содержащий порошки алюминия и кремния в соотношении, мас.%: 80 Al и 20 Si. Шликер содержал 70% порошка алюминия и кремния и 30% связующего, состоящего из раствора нитроцеллюлозы в амилацетате и диэтилоксалате. Нанесенное покрытие высушивали на воздухе при комнатной температуре и затем отжигали в вакууме при давлении 5-10 Па, температуре 1000°С в течение 4 часов. После охлаждения образцы очищали от шлама и наносили второй слой шликера, который отжигали при тех же условиях. В результате было сформировано кобальтхромоалюмосилицированное покрытие толщиной 80-90 мкм.

Коррозионная стойкость сформированного покрытия оценивалась путем нанесения на образцы слоя агрессивных солей (Na2SO4) 90% + (NaCl) 10% и нагревания до температуры 900°С. Слой соли восстанавливали через каждые 100 часов. Камера с образцами обдувалась воздухом. Степень воздействия коррозионной среды оценивалась с помощью металлографии. Для сравнения испытанию в тех же условиях подвергали алитированные, хромоалитированные, кобальтхромоалитированные и алюмосилицированные образцы.

Образцы, защищенные алитированием, сохраняли защитные свойства в течение примерно 100 часов; хромоалитированием - 200 часов; кобальтхромоалитированием - 250 часов; алюмосилицированием - 300 часов, а с кобальтхромоалюмосилицированным покрытием - 950 часов.

Результаты дают основание полагать, что срок службы деталей, защищенных кобальтхромоалюмосилицированным покрытием, сформированным согласно изобретению, будет в несколько раз выше, чем срок службы деталей, защищенных традиционными способами.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 28.
27.02.2013
№216.012.2a11

Способ обработки заготовки детали с пазами

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при фрезеровании деталей со сложной пространственной геометрией, характеризующейся чередованием выступов и пазов, в частности, при изготовлении моноколес центробежных или осевых лопаточных машин. Способ включает обработку пазов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476296
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.03.2013
№216.012.30c8

Установка для снятия эвольвентных фасок

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при механической обработке кромок и снятии фасок у металлических деталей. Установка содержит корпус, обрабатывающий инструмент с приводом вращения и приводом подачи инструмента, направляющую и обрабатываемую шестерню с зубьями....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478026
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.06.2013
№216.012.4761

Установка маятникового типа для снятия заусенцев с внутренних пазов деталей типа колец

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении кольцевых деталей, в частности при абразивной обработке пазов с внутренней стороны кольцевых деталей. Установка содержит стойку с вращающимся корпусом, включающим посадочное гнездо для обрабатываемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483853
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d4f

Способ изготовления щеточного уплотнения

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и газотурбостроении. В способе изготовления щеточного уплотнения многослойно наматывают проволоку на оправку с возможностью обеспечения требуемого угла наклона ее витков относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485373
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d50

Способ изготовления щеточного уплотнения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления щеточных уплотнений, и может быть использовано при изготовлении машин и аппаратов для уплотнения вращающихся валов. Осуществляют сборку двух предварительно изготовленных кольцевых заготовок оснований уплотнений,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485374
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.4fe0

Установка для электронно-лучевой сварки

Изобретение относится к установкам для электронно-лучевой сварки изделий. В вакуумной камере (1) размещены рабочая платформа для установки свариваемого изделия, вертикальные направляющие (9, 10), на которых с возможностью перемещения закреплена траверса (6) с установленной на ней поворотной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486041
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.51a7

Способ радиационной дефектоскопии

Использование: для неразрушающего контроля объектов посредством проникающего излучения. Сущность: заключается в том, что осуществляют генерирование проникающего излучения, его фильтрацию с последующим пропусканием через объект контроля и регистрацией прошедшего излучения, при этом в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486496
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.11.2013
№216.012.7ce4

Способ изготовления щеточного уплотнения роторов

Изобретение может быть использовано в процессах изготовления щеточных уплотнений методами пайки с помощью электронного луча. Кольцевое основание и кольцевые опорные пластины собирают в кольцевую оправку, на которую наматывают проволоку и прижимают ее к оправке прижимными кольцевыми пластинами....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497645
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.02.2014
№216.012.9f11

Охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к производству рабочих лопаток турбины газотурбинных двигателей. Охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины содержит хвостовик и перо, выполненные с внутренним трактом охлаждения в виде продольного канала от хвостовика к торцу пера и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506429
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a174

Способ изготовления сварной тонкостенной конической обечайки с продольными гофрами

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано в процессах изготовления методами сварки тонкостенных обечаек с элементами жесткости в виде продольных гофр, используемых, например, в качестве теплового экрана сопла ГТД. Способ заключается в том, что производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507047
Дата охранного документа: 20.02.2014
Показаны записи 1-10 из 19.
27.04.2015
№216.013.4768

Способ получения покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава

Изобретение относится к металлургии, в частности к формированию на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов химико-термической обработкой комбинированных покрытий для защиты от газовой коррозии в условиях высоких температур (выше 900°С), и может быть использовано в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549784
Дата охранного документа: 27.04.2015
27.08.2015
№216.013.7524

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561563
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.11.2015
№216.013.9467

Состав для получения карбидного барьерного покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам для получения карбидного барьерного слоя в алюминийсодержащем покрытии, и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности, где используют детали из безуглеродистых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569610
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.06.2016
№216.015.46eb

Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из титановых сплавов

Изобретение может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из титановых сплавов. С поврежденных участков удаляют покрытие и поверхностный слой металла, например, алмазным шлифованием. Осуществляют наплавку поврежденных участков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586191
Дата охранного документа: 10.06.2016
26.08.2017
№217.015.e87d

Способ восстановления бандажных полок лопаток компрессора газотурбинных двигателей (гтд)

Изобретение относится к способу восстановления бандажных полок лопаток компрессора газотурбинных двигателей (ГТД). Определяют линии ремонтного среза бандажных полок. Удаляют по указанной линии их дефектные части. Изготавливают накладки из твердосплавного материала толщиной не более 0,9 мм со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627558
Дата охранного документа: 08.08.2017
26.08.2017
№217.015.ec22

Способ защиты внутренних поверхностей реактора от насыщения компонентами рабочей среды при химико-термической обработке деталей

Изобретение относится к технологиям и оборудованию для нанесения покрытий на детали при их химико-термической обработке. Способ защиты внутренних поверхностей реактора от насыщения компонентами рабочей среды при химико-термической обработке деталей включает формирование на внутренних...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628309
Дата охранного документа: 17.08.2017
13.02.2018
№218.016.1f29

Способ нанесения износостойкого покрытия на бандажную полку лопатки турбомашин из никелевых сплавов

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при производстве или ремонте бандажированных лопаток турбин турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов. Выполняют бандажную полку лопатки турбины. Наносят на подготовленную к наплавке контактную поверхность бандажной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641210
Дата охранного документа: 16.01.2018
16.09.2018
№218.016.884d

Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667110
Дата охранного документа: 14.09.2018
22.09.2018
№218.016.88ba

Способ получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов

Изобретение относится к способу получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов. Способ включает вакуумно-плазменное осаждение легирующих элементов хрома, алюминия и иттрия на поверхность лопаток и термическую обработку. Легирующие элементы наносят первым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667191
Дата охранного документа: 17.09.2018
22.04.2019
№219.017.3673

Установка для получения диффузионных покрытий в циркулирующей газовой среде

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей и может найти применение в машиностроении, в авиационной промышленности и в других отраслях народного хозяйства. Для расширения функциональных возможностей установка для получения диффузионных покрытий в циркулирующей газовой среде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305141
Дата охранного документа: 27.08.2007
+ добавить свой РИД