PL176349B1

PL176349B1 - Method of extending service life of turbine engine compressor vanes

Info

Publication number: PL176349B1
Application number: PL95307103A
Authority: PL
Inventors: Lucjan Swadźba; Bolesław Formanek; Adolf Maciejny; Bogusław Mendala; Piotr Liberski; Paweł Podolski; Wacław Supernak
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1999-05-31
Also published as: PL307103A1

Abstract

1. Sposób zwiększenia tiw/ałości łopatek sprężarek silników turbinowych p^ok^g^cjjc^ty na nanoszeniu pokryć ochronnych odpornych na erozję i korozję metodą fizycznego osadzania w próżni -PVD lub natryskiwania cieplnego oraz fizycznego osadzaniawpróżni, znamiennytym, na oczyszczonej powierzchni łopatki wytwarza się pokrycie składające się z kilku do kilkunastu stref naprzemian o zróżnicowanej twardości przy czym strefą o niższej twardości jest chrom, tytan, nikiel a strefą o wysokiej twardości są azotki chromu, tytanu, cyrkonu aluminium lub ich mieszaniny lub węglik wolframu z kobaltem pokryty azotkiem chromu, przy czym korzystnie jest gdy przeprowadza się chemiczną, która polega na tym, ze oddziaływuje się na powierzchnię roztworami wodnymi fosforanów i/lub chromianów zawierającymi jony metali jedno, dwu lub trójwartościowe lub ich mieszaniny.1. Method of increasing the quality of the blades of compressors of turbine engines p ^ ok ^ g ^ cjjc ^ t on the application protective coatings resistant to erosion and corrosion by physical vacuum deposition - PVD or thermal spraying, and physical deposition by vacuum, characterized by the cleaning of the surface blades, a cover is produced which consists of several to a dozen or so zones, alternating with different ones hardness, where the zone of lower hardness is chrome, titanium, nickel and the zone of high hardness are chromium, titanium, zirconium nitrides, aluminum or mixtures thereof or tungsten carbide with cobalt coated chromium nitride, and it is preferable to carry out a chemical which consists in that the surface is treated with aqueous solutions containing phosphates and / or chromates monovalent, di or trivalent metal ions or mixtures thereof.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia trwałości łopatek sprężarek silników turbinowych poprzez nanoszenie odpornych na korozję i erozję pokryć ochronnych.The subject of the invention is a method of increasing the durability of compressor blades of turbine engines by applying corrosion and erosion resistant protective coatings.

Erozja w sprężarkach turbin gazowych spowodowana jest przez uderzenia drobnych cząstek stałych. Zużycie erozyjne łopatek jest głównym czynnikiem wzrostu zużycia paliwa, ponieważ w sprężarkach występują bardzo duże przepływy powietrza, a duży stopień zużycia łopatek, chropowatość ich powierzchni dodatkowo zwiększa opory przepływu.Erosion in gas turbine compressors is caused by the impact of fine solid particles. The erosive wear of the blades is the main factor of the increase in fuel consumption, because in compressors there are very large air flows, and the high degree of blade wear, the roughness of their surface additionally increases the flow resistance.

Źródłem cząstek powodujących erozję elementów sprężarki mogą być zanieczyszczenia, pył, piasek, lub naturalne pyły wulkaniczne i mgła solna bowiem bardzo często brak jest możliwości filtrowania powietrza i jego dostatecznie szybkiego odbierania.The source of particles causing erosion of compressor elements may be pollution, dust, sand, or natural volcanic ash and salt mist, because very often it is not possible to filter the air and collect it quickly enough.

Drugim czynnikiem decydującym o trwałości łopatek sprężarek jest ich odporność na korozję zwłaszcza korozję wżerową. Stosowane dotychczas na łopatki sprężarek stale martenzytyczne 13H12NWMFA oraz 13H14N3W2F nie spełniają wymagań ze względu na niską odporność na korozję w wodzie morskiej i w nadmorskiej atmosferze.The second factor determining the durability of compressor blades is their corrosion resistance, especially pitting corrosion. The martensitic 13H12NWMFA and 13H14N3W2F steels used so far for compressor blades do not meet the requirements due to the low corrosion resistance in sea water and in the coastal atmosphere.

Dla zabezpieczenia łopatek sprężarek przed oddziaływaniem agresywnego środowiska korozyjnego opracowano szereg metod pokrywania oraz typów pokryć. Zasadmczym błędem w dotychczasowych koncepcjach ochrony przed korozją i erozją pokryć jest to, że niemal wszystkie systemy przewidują otrzymywanie pokryć o jednorodnej na przekroju strukturze oraz nie uwzględniają konieczności spełnienia przez pokrycie jednocześnie warunku wysokiej odporności na erozję pod różnymi kątami oddziaływania cząstek na przekroju łopatki i korozję.A number of coating methods and types of coatings have been developed to protect compressor blades against the effects of an aggressive corrosive environment. The basic error in the existing concepts of protection against corrosion and erosion of coverings is that almost all systems provide for obtaining coverings with a homogeneous structure in the cross-section and do not take into account the need to meet the condition of high resistance to erosion at different angles of particle impact on the blade cross-section and corrosion by coatings.

Stosowanie warstw ochronnych na łopatki sprężarek zwiększa zarówno ekonomiczne jak i techniczne parametry eksploatacji silników turbinowych. Metody wytwarzania warstw podlegają licznym ograniczeniom technologicznym wynikającym ze stosowania określonego gatunku stali, specyficznego kształtu łopatki, wysokich wymagań w stosunku do jednorodności i grubości pokrycia oraz gładkości powierzchni. Jednym z ważniejszych ograniczeń jest dopuszczalna temperatura procesu nanoszenia pokrycia, której przekroczenie możeThe use of protective layers on compressor blades increases both the economic and technical operating parameters of turbine engines. The methods of producing layers are subject to numerous technological limitations resulting from the use of a specific steel grade, specific blade shape, high requirements for the uniformity and thickness of the coating and surface smoothness. One of the most important limitations is the permissible temperature of the coating application process, which may be exceeded

176 349 prowadzić do zmian strukturalnych materiału łopatki a tym samym obniżenia własności mechanicznych.Can lead to structural changes in the blade material and thus a reduction in its mechanical properties.

Znane są dwie metody zwiększenia trwałości łopatek. Jedna z nich polega na stosowaniu warstw twardych o zamierzonej dużej odporności na ścieranie i zadawalającej odporności na korozję. Druga polega na stosowaniu pokryć chroniących łopatkę przed oddziaływaniem środowiska korozyjnego, a stosowane pokrycia zabezpieczają łopatki przed korozją w aerozolu wody morskiej oraz kwaśnych atmosferach przemysłowych. Początkowe badania koncentrowały się na zastosowaniu dyfuzyjnego aluminiowania w wysokoaktywnych mieszaninach proszków. Stosowany był proszek aluminium oraz aktywatory. Temperatura procesu wynosiła 550°C. Pokrycia tego typu nie spełniały oczekiwań ze względu na dyfuzyjny charakter - pokrycie oddziaływuje na własności mechaniczne łopatki, niewystarczającą odporność mechaniczną oraz wymaga długiego czasu procesu.Two methods are known to increase the durability of the blades. One of them is the use of hard layers with intended high abrasion resistance and satisfactory corrosion resistance. The second is the use of coatings that protect the blade against the effects of a corrosive environment, and the coatings used protect the blades against corrosion in seawater aerosol and acidic industrial atmospheres. Initial research focused on the use of aluminum diffusion in high-activity powder mixtures. Aluminum powder and activators were used. The process temperature was 550 ° C. This type of coatings did not meet the expectations due to the diffusion nature - the coating affects the mechanical properties of the blade, insufficient mechanical resistance and requires a long process time.

Powłoki chromianowe stały się punktem wyjścia do opracowania pokryć opartych na konwersyjnym połączeniu z podłożem oraz nieorganicznym wiązaniu powstającym w układzie: kwas chromowy: - kwas fosforowy i ich sole metali. Jako przykład można podać pokrycie przedstawione w patencie USA nr 4141760 z roku 1979. Łopatki ze stali AISI410 poddane zostały dyfuzyjnemu aluminiowaniu w mieszaninie wysokoaktywnej w temperaturze 500°C w czasie 16 godzin z wytworzeniem warstwy dyfuzyjnej. Następnie łopatki pokryto wodną zawiesiną zawierającą CrO3, MgO, H3PO4, proszek aluminium, glikol polietylenowy oraz środek zwilżający. Następnie natryskiwano wodną zawiesinę cząstek AI2O3 lub SiO2. Jako ostatnią stosowano warstwę otrzymaną przez natryskiwanie roztworu wodnego zawierającego CrO3, MgCr2O7, Mg(H2PO4). Po wysuszeniu pokrycia stanowiły protektorową ochronę łopatek dzięki korzystnej różnicy potencjału w stosunku do podłoża stalowego.Chromate coatings have become the starting point for the development of coatings based on conversion connection with the substrate and inorganic bonding formed in the system: chromic acid: - phosphoric acid and their metal salts. An example is the coating presented in US Patent No. 4,141,760 of 1979. The blades of AISI410 steel were diffusively aluminized in a high-activity mixture at a temperature of 500 ° C for 16 hours to form a diffusion layer. The paddles were then coated with an aqueous slurry containing CrO3, MgO, H3PO4, aluminum powder, polyethylene glycol, and a wetting agent. An aqueous suspension of Al2O3 or SiO2 particles was then sprayed. The last layer was the one obtained by spraying an aqueous solution containing CrO3, MgCr2O7, Mg (H2PO4). After drying, the coverings provided sacrificial protection of the blades due to the favorable potential difference compared to the steel substrate.

. ' Na bazie wiązań nieorganicznych przedstawionego powyżej typu opracowano grupę pokryć pod nazwą Sermetel, przeznaczonych głównie dla przemysłu lotniczego. Zasadniczą zaletą tego rozwiązania jest brak potrzeby stosowania specjalnych urządzeń do ich nakładania, jednakże mało jest danych porównawczych w odniesieniu do pokryć uznawanych powszechnie za odporne na erozję.. 'Based on inorganic bonds of the above type, a group of coatings called Sermetel, intended mainly for the aviation industry, has been developed. The main advantage of this solution is the lack of the need to use special devices for their application, however, there is little comparative data in relation to coatings generally recognized as resistant to erosion.

Znane są pokrycia aluminiowo-chromowe nanoszone w dwóch procesach. W pierwszym z nich nanosi się metodą galwaniczną warstwę chromu, zapewniającego wysoką odporność na korozję wżerową. Następnie łopatki poddaje się dyfuzyjnemu niskotemperaturowemu aluminiowaniu. Pokrycie składa się z dwóch stref, zewnętrznej stanowiącej związek aluminium z chromem i wewnętrznej o strukturze roztworu stałego aluminium w chromie. Metoda takiego pokrywania ma jednak zasadnicze wady. Pierwsza z nich to problemy techniczne związane z nakładaniem chromu metodą galwaniczną o jednorodnej grubości, szczególnie na bardzo cienkich krawędziach łopatek sprężarek. Kolejne wady to trudności w uzyskaniu pokryć chromowych bez naprężeń oraz pęknięć oraz problemy z ochroną środowiska w procesie chromowania. Szereg interesujących przykładów ochrony łopatek sprężarek przytoczono w patencie USA nr 4350719 z 1982 roku. Łopatki wykonane ze stali AISI 410 przygotowane i wygładzane poddano dyfuzyjnemu aluminiowaniu w mieszaninie zawierającej 20% wagowych proszku Al, 70% AJ2O3 w czasie 20 godzin. Otrzymana warstwa dyfuzyjna miała grubość 0,5 milicala. Aluminiowane łopatki natryskiwano zawiesiną w roztworze zawierającym aluminium, CrO3, MgO, H3PO4. Do przygotowanego roztworu wprowadzano glikol polietylenowy, środek zwilżający. Nakładano trzy takie warstwy. Powłoki wypalano, po czym natryskiwano następne trzy warstwy i ponownie wypalano. Na uzyskane pokrycie natryskiwano zawiesinę MgO, H3PO4 oraz koloidalną krzemionkę. Pokrycie ponownie wypalano. Pomimo uzyskania dobrych własności ochronnych zasadniczą wadą ograniczającą zastosowanie tych pokryć jest duża pracochłonność ich wykonania oraz skomplikowana kontrola pokrycia w kolejnych cyklach jego nakładania składających się z szeregu następujących po sobie operacji technologicznych.Aluminum-chrome coatings applied in two processes are known. In the first of them, a chromium layer is applied by electroplating, which ensures high resistance to pitting corrosion. Then the blades are subjected to low-temperature diffusion aluminization. The coating consists of two zones, the outer one being a combination of aluminum with chrome and the inner one with the structure of a solid aluminum-chrome solution. However, the method of such coating has major disadvantages. The first of these are the technical problems related to the application of chromium by electroplating with a uniform thickness, especially on very thin edges of compressor blades. Other disadvantages are difficulties in obtaining chrome coatings without stresses and cracks and environmental problems in the chrome process. A number of interesting examples of compressor blade protection are cited in US Patent No. 4,350,719, issued in 1982. The blades made of AISI 410 steel, prepared and smoothed, were subjected to diffusion aluminization in a mixture containing 20% by weight of Al powder, 70% AJ2O3 for 20 hours. The resulting diffusion layer was 0.5 mils. The aluminized paddles were sprayed with a slurry in a solution containing aluminum, CrO3, MgO, H3PO4. Polyethylene glycol, a wetting agent, was introduced into the prepared solution. Three such layers were applied. The coatings were fired, then three more layers were sprayed on and fired again. A suspension of MgO, H3PO4 and colloidal silica were sprayed onto the obtained coating. The cover was fired again. In spite of obtaining good protective properties, the main disadvantage limiting the use of these coatings is the high labor-consumption of their production and the complicated control of the coating in subsequent cycles of its application consisting of a series of successive technological operations.

W celu ochrony elementów łopatek sprężarek silnika zgodnie z opisem patentowym USA 3 948 687 pokrycie nakładane jest z roztworu wodnego wykonanego przez rozpuszczanie tlenku lub węglanu magnezu w kwasie fosforowym z dodatkiem kwasu chromowego z płatkowym aluminium. Pokrycia tego typu nakładane przez natrysk iIn order to protect the elements of the engine compressor blades, according to US Patent 3,948,687, a coating is applied from an aqueous solution made by dissolving magnesium oxide or carbonate in phosphoric acid with the addition of chromic acid with aluminum flake. Spray-applied coatings of this type and

176 349 wygrzewane uodpamia je na rozpuszczanie w wodzie. Zasadniczym postępem w tym przypadku jest zastosowanie w zawiesinie płatkowego aluminium, które bardzo dokładnie pokrywa powierzchnię.176 349 annealed makes them resistant to dissolution in water. A major improvement in this case is the use of aluminum flake in the suspension, which covers the surface very precisely.

Znane są pokrycia o wysokiej twardości i odporności na ścieranie zwiększające trwałość łopatek sprężarek nakładane metodami natryskiwania cieplnego węglików lub węglików w osnowie niklu lub kobaltu np. CrC, WC-Co, NiCrC, FeCrAIY. Pokrycia te otrzymywane są przez natryskiwanie metodą plazmową, detonacyjną lub naddźwiękową.Coatings with high hardness and abrasion resistance are known to increase the durability of compressor blades and are applied by thermal spraying of carbides or carbides in a nickel or cobalt matrix, e.g. CrC, WC-Co, NiCrC, FeCrAIY. These covers are obtained by spraying with the plasma, detonation or supersonic methods.

Możliwości zwiększenia trwałości łopatek znacznie wzrosły wraz z rozwojem technologii bazujących na metodach fizycznych ich otrzymywania zwanych metodami PVD. Znane są próby zastosowania pokryć azotku tytanu jako pokrycia o wysokiej twardości i odporności na ścieranie. Znany jest jednak pogląd, że naniesienie pokrycia TiN bez porowatości jest bardzo trudne o ile w ogóle możliwe. Dlatego zachowanie się tego typu pokryć w warunkach oddziaływania silnie korozyjnych środowisk zależy od wzajemnego oddziaływania pokrycia i podłoża. Pokrycia azotku tytanu będące głównym punktem zainteresowania mają charakter katodowy w stosunku do materiałów stosowanych do wytwarzania łopatek, które wykazują skłonność do korozji pittingowej. Stwierdzono, że zastosowanie międzywarstw galwanicznych niklu, chromu lub platyny prowadzi do zwiększenia odporności na korozję. Jedną z najważniejszych wad dotychczasowych rozwiązań jest to, że pozwalają albo na zwiększenie odporności korozyjnej albo na odporności na erozję.The possibilities of increasing the durability of the blades have significantly increased with the development of technologies based on the physical methods of their preparation, called PVD methods. There are known attempts to use titanium nitride coatings as coatings with high hardness and abrasion resistance. However, it is known that the application of a TiN coating without porosity is very difficult, if possible at all. Therefore, the behavior of this type of cover under the influence of highly corrosive environments depends on the interaction of the cover and the substrate. The titanium nitride coatings of primary concern are cathodic in nature with respect to the materials used to make the blades, which tend to be pitting corrosion. It has been found that the use of nickel, chromium or platinum galvanic interlayer leads to an increase in corrosion resistance. One of the most important disadvantages of the current solutions is that they allow either to increase the corrosion resistance or the erosion resistance.

Pokrycia nieorganiczne zapewniają bardzo dobrą odporność na korozję, niską zaś odporność erozyjną. Pokrycia twarde bazujące na fazach i związkach międzymetalicznych oraz węglikach wykazywały co prawda wyższą odporność na erozję przy niezadowalającej odporności korozyjnej. Ponadto większość ze znanych i stosowanych metod otrzymywania pokryć ma szereg wad. Pokrycia nieorganiczne nanoszone były ręcznie najczęściej metodą natrysku pistoletem malarskim, przez co zakres dopuszczalnych grubości musiał być szeroki. Oznaczało to, że grubość pokryć mogła mieć wpływ na własności aerodynamiczne sprężarki. Zasadniczymi wadami pokryć nanoszonych przez natryskiwanie cieplne jest konieczność rozwijania powierzchni metodą strumieniowo ścierną wprowadzającą niekorzystne naprężenia co ma wpływ na własności mechaniczne, zwłaszcza wytrzymałość zmęczeniową łopatek, konieczność¹ stosowania międzywarstw, duże trudności w utrzymaniu powtarzalności jednakowej grubości na przekroju pojedynczych łopatkach oraz poszczególnych łopatkach. Najważniejszą z wad powłok' natryskiwanych, jest ich duży ciężar właściwy (np. węglik wolframu-kobalt) co przy dużej ilości łopatek w sprężarce może wpływać na trudności z wyważeniem oraz wzrost całkowitej jej masy. Ponadto pokrycia te z natury są w mniejszym lub większym stopniu porowate co może je dyskwalifikować ze względu na niską odporność korozyjną.Inorganic coatings ensure very good corrosion resistance and low erosion resistance. Hard coatings based on phases and intermetallic compounds as well as carbides showed a higher resistance to erosion with unsatisfactory corrosion resistance. Moreover, most of the known and used methods of obtaining coatings have a number of drawbacks. Inorganic coatings were applied by hand, most often by spraying with a paint gun, so the range of acceptable thickness had to be wide. This meant that the thickness of the coatings could have an impact on the aerodynamic properties of the compressor. The principal disadvantages of coatings applied by thermal spraying is necessary to develop blast-cleaning surface by introducing a negative stress which affects the mechanical properties, particularly fatigue strength of the blades, the necessity of ^one application of the interlayer, very difficult to maintain the reproducibility of uniform thickness in the cross section of each individual blades and vanes. The most important disadvantage of sprayed coatings is their high specific weight (e.g. tungsten carbide-cobalt), which with a large number of blades in the compressor may result in difficulties with balancing and an increase in its total weight. Moreover, these coatings are inherently more or less porous, which may disqualify them due to their low corrosion resistance.

Dotychczas stosowane pokrycia na łopatkach sprężarek nie mogły spełniać wymagań odpowiedniej odporności na erozję w strumieniu pyłu. Mechanizm oddziaływania pyłu na łopatkę jest taki, że krawędź natarcia atakowana jest pod kątem prostym lub zbliżonym do prostego, dlatego w tej części należałoby zastosować pokrycia plastyczne o niskiej twardości natomiast powierzchnia tzw. koryta atakowana jest w zakresie małych kątów od 0 do 30° i w tym obszarze należy stosować pokrycia o wysokiej twardości. Stosowane dotychczas pokrycia były jednorodne pod względem twardości a więc były odporne na erozję albo przy niskich albo przy wysokich kątach padania cząstek.The coatings used so far on compressor blades could not meet the requirements of adequate resistance to erosion in the dust stream. The mechanism of the impact of dust on the blade is such that the leading edge is attacked at right or close to a straight angle, therefore this part should be covered with low-hard plastic coatings, while the surface of the so-called the trough is attacked in the range of small angles from 0 to 30 ° and in this area coatings of high hardness should be used. The coatings used hitherto were homogeneous in terms of hardness and thus resistant to erosion either at low or high angles of incidence of particles.

Sposób zwiększenia trwałości łopatek sprężarek turbin polega na tym, że na oczyszczoną powierzchnię łopatki nanosi się metodą fizyczną, PVD, katodowego lub łukowego rozpylania lub inną metodą fizyczną, pokrycie składające się z kilku do kilkunastu stref naprzemian o niższej a następnie wyższej twardości przy czym strefą o niższej twardości jest chrom, tytan, nikiel, a strefą o wysokiej twardości są azotki chromu, tytanu, cykonu lub ich mieszaniny lub azotki które w swoim składzie zawierają aluminium, po czym jeśli łopatka powinna mieć wysoką odporność na korozję dla zwiększenia tej odporności korzystnie jest poddać ją obróbce chemicznej w roztworach chromianów i/lub fosforanów zawierających jony metali jedno, dwu lub trójwartościowych lub ich mieszaniny w dowolnym stosunku po czym korzystnie jest wygrzać łopatkę z tak naniesionym pokryciem w temperaturzeThe method of increasing the durability of turbine compressor blades consists in applying the physical method, PVD, cathodic or arc sputtering or other physical method to the cleaned blade surface, a coating consisting of several to several zones alternately with lower and then higher hardness, with the zone with lower hardness is chromium, titanium, nickel, and the zone of high hardness are the nitrides of chromium, titanium, zicon or their mixtures, or nitrides which contain aluminum in their composition, and if the blade should have high corrosion resistance, it is preferable to subject it to it is chemically treated in solutions of chromates and / or phosphates containing monovalent, bivalent or trivalent metal ions or their mixtures in any ratio, and then it is preferable to heat the blade with the coating applied in this way at a temperature

176 349 pomiędzy 250 a 800°C. Obróbkę chemiczną przeprowadza się przed lub po procesie nanoszenia pokrycia. Korzystnie jest gdy azotki zawierają aluminium.176 349 between 250 and 800 ° C. Chemical treatment is carried out before or after the coating application process. Preferably the nitrides contain aluminum.

Pokrycia otrzymane sposobem według wynalazku zapewniają wysoką odporność na erozję i korozję.The coatings obtained by the method according to the invention provide high resistance to erosion and corrosion.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że łopatka uzyskuje odporność na erozję bez względu na kąt padania cząstek bowiem nawet jeśli cząstka uderzy w strefę o wysokiej twardości pod kątem 90° i strefa ta zostanie zniszczona odsłonięta zostanie strefa miękka w wyższej odporności na uderzenia pod kątem 90°. Tak więc struktura pokrycia na łopatce zgodnie z wynalazkiem ma tę zaletę, że w toku eksploatacji będzie ona przyjmować najkorzystniejszą budowę pod względem odporności na erozję w zależności od kąta padania strugi.The advantage of the method according to the invention is that the blade obtains erosion resistance regardless of the angle of incidence of the particles, because even if the particle hits the zone of high hardness at an angle of 90 ° and this zone is destroyed, the soft zone with higher impact resistance at an angle of 90 ° will be exposed. °. Thus, the coating structure on the vane according to the invention has the advantage that, in use, it will adopt the most advantageous structure in terms of resistance to erosion depending on the angle of incidence of the spray.

Przykład I. Łopatka sprężarki sinika lotniczego wykonana z gatunku 13H12N2WFMA po odpowiednim przygotowaniu powierzchni poddana została pokrywaniu metodą rozpylania łukowego, PVD, warstwą chromu o grubości 5 mikrometrów i mikrotwardości 600 przy obciążeniu 10 g po czym na warstwę chromu naniesiono warstwę azotku chromu o grubości 3 mikrometrów i mikrotwardości 2000 przy obciążeniu 10 g. Cykl ten powtórzono kilkakrotnie i uzyskano pokrycie składające się z trzech stref chromu oraz dwóch stref azotku chromu. Łopatka z pokryciem charakteryzowała się bardzo dobrą przyczepnością do podłoża, wysoką odpornością na erozję i korozję.Example 1. An aircraft engine compressor blade made of 13H12N2WFMA grade, after appropriate surface preparation, was covered with the arc spraying method, PVD, with a chromium layer with a thickness of 5 micrometers and a microhardness of 600 at a load of 10 g, and then a chromium nitride layer with a thickness of 3 micrometers was applied to the chrome layer and microhardness 2000 at a load of 10 g. This cycle was repeated several times and a coating consisting of three zones of chromium and two zones of chromium nitride was obtained. The covered blade was characterized by very good adhesion to the substrate, high resistance to erosion and corrosion.

Przykład II. Łopatka sprężarki silnika lotniczego poddana została pokrywaniu metodą fizycznego osadzania warstwą chromu o grubości 5 mikrometrów i mikrotwardości 600 przy obciążeniu 10 g po czym na warstwę chromu w tym samym cyklu pokrywania naniesiono warstwę azotku chromu o grubości 3 mikrometrów i mikrotwardości 2000. Cykl pokrywania powtarzano na przemian, aż do uzyskania pokrycia składającego się z trzech stref chromu oraz dwóch stref azotku chromu. Tak pokrytą łopatkę poddano pasywacji w roztworze o składzie chemicznym HNO 3 -300 g/dcm³, K2&O 3 (dwuchromian potasu) -27 g/dcm³ w temperaturze 60°C w czasie 40 minut. Pokryta łopatka wykazywała wysoką odporność korozyjną oraz bardzo dobrą odporność na erozję.Example II. The compressor blade of the aircraft engine was covered by physical deposition with a chromium layer with a thickness of 5 micrometers and a microhardness of 600 at a load of 10 g, then a layer of chromium nitride with a thickness of 3 micrometers and a microhardness of 2000 was applied to the chrome layer in the same coating cycle. The coating cycle was repeated alternately until the coating is made up of three chromium zones and two chromium nitride zones. The paddle covered in this way was passivated in a solution of the chemical composition HNO 3 -300 g / dcm ³ , K2 & O 3 (potassium dichromate) -27 g / dcm ³ at 60 ° C for 40 minutes. The coated blade showed high corrosion resistance and very good erosion resistance.

Przykład III. Łopatka sprężarki wykonana ze stali martenzytycznej poddana została pokrywaniu metodą fizycznego osadzania warstwą chromu o grubości 15 mikrometrów po czym przeprowadzono proces obróbki chemicznej w roztworze o składzie chemicznym HNO 3 -300 g/dcm3, K2C1O3 (dwuchromian potasu) -27 g/dcm³ w temperaturze 60°C w czasie 40 minut. Pokryta łopatka wykazywała wysoką odporność korozyjną oraz dobrą odporność na erozję.Example III. The compressor blade made of martensitic steel was covered by physical deposition with a layer of chromium with a thickness of 15 micrometers, followed by a chemical treatment process in a solution with a chemical composition of HNO 3 -300 g / dm3, K2C1O3 (potassium dichromate) -27 g / dcm ³ at the temperature 60 ° C for 40 minutes. The coated paddle showed high corrosion resistance and good erosion resistance.

Przykład IV. Łopatka sprężarki wykonana ze stali martenzytycznej pokryta została metodą natryskiwania cieplnego warstwą węglika wolframu z kobaltem (WC-12Co) o grubości 30 mikrometrów po czym na tak otrzymaną warstwę na łopatce, naniesiono metodą fizycznego osadzania w próżni, warstwę azotku chromu o grubości 8 mikrometrów. Otrzymano pokrycie o wysokiej odporności na korozję i erozję.Example IV. Compressor blade made of martensitic steel was covered by thermal spraying with a layer of tungsten carbide with cobalt (WC-12Co) 30 micrometers thick, and then a layer of chromium nitride 8 micrometers thick was applied to the obtained layer on the blade by means of physical vacuum deposition. A coating with high resistance to corrosion and erosion was obtained.

Przykład V. Łopatka sprężarki wykonana ze stopu tytanu po przygotowaniu powierzchni poddana została pokrywaniu metodą fizycznego osadzania warstwą tytanu o grubości 1 mikrometra po czym na warstwę tytanu naniesiono warstwę azotku tytanu o grubości 3 mikrometrów o mikrotwardości 2000 przy obciążeniu 10 g. Na warstwę azotku tytanu nałożono warstwę tytanu o grubości 3 mikrometrów, na którą ponownie nałożono warstwę azotku tytanu o grubości 3 mikrometrów uzyskując ten sposób pokrycie składające się ze stref o zróżnicowanej twardości. Otrzymane na łopatce pokrycie poddano obróbce chemicznej i cieplnej polegającej na zanużeniu jej w roztworze zawierającym 5% wagowych CrO3, 3% wagowych MgO, 16% wagowych H3PO4, suszono po czym wygrzewano w temperaturze 520°C. Otrzymano pokrycie o wysokiej odporności na erozję i korozję.Example 5 A compressor blade made of titanium alloy, after surface preparation, was covered by physical deposition with a layer of titanium with a thickness of 1 micrometer, and then a layer of titanium nitride with a thickness of 3 micrometers with a microhardness of 2000 with a load of 10 g was applied to the layer of titanium nitride. a layer of titanium with a thickness of 3 micrometers, over which a layer of titanium nitride with a thickness of 3 micrometers was re-applied, thus obtaining a coating consisting of zones of different hardness. The cover obtained on the blade was subjected to chemical and thermal treatment consisting in dipping it in a solution containing 5% by weight of CrO3, 3% by weight of MgO, 16% by weight of H3PO4, dried and then annealed at a temperature of 520 ° C. A coating with high erosion and corrosion resistance was obtained.

Przykład VI. Łopatka sprężarki wykonana ze stali 13H12NWFA pokryta została na przemian warstwą tytanu i azotku tytanu jak w przykładzie V, a następnie poddana dyfuzyjnemu aluminiowaniu w mieszaninie zawierającej proszek aluminium w ilości 70% wagowych, tlenek glinu w ilości 28% wagowych oraz chlorek amonu w ilościExample VI. Compressor blade made of 13H12NWFA steel was covered alternately with a layer of titanium and titanium nitride as in example 5, and then subjected to diffusion aluminization in a mixture containing aluminum powder in the amount of 70% by weight, aluminum oxide in the amount of 28% by weight and ammonium chloride in the amount of

176 349176 349

2% wagowych w temperaturze 550°C w czasie 20 godzin. Tak otrzymane pokrycie poddane zostało obróbce chemicznej w roztworze zawierającym jony chromu, magnezu i fosforu po czym łopatkę suszono a następnie wygrzewano w temperaturze 550°C. Otrzymano na łopatce sprężarki pokrycie azotku tytanu modyfikowanego aluminium o bardzo wysokiej odporności na erozję i korozję oraz bardzo dobrej przyczepności do podłoża.2% by weight at 550 ° C for 20 hours. The coating obtained in this way was subjected to chemical treatment in a solution containing chromium, magnesium and phosphorus ions, then the blade was dried and then heated at the temperature of 550 ° C. The compressor blade was coated with aluminum-modified titanium nitride with very high erosion and corrosion resistance and very good adhesion to the substrate.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. A method of increasing the durability of turbine engine compressor blades by applying protective coatings resistant to erosion and corrosion by physical vacuum deposition - PVD or thermal spraying and physical deposition in a vacuum, characterized by the fact that on the cleaned surface of the blade a coating consisting of several to a dozen or so zones alternating with different hardness, where the zone of lower hardness is chromium, titanium, nickel, and the zone of high hardness are nitrides of chromium, titanium, zirconium, aluminum or their mixtures, or tungsten carbide with cobalt coated with chromium nitride, preferably when the chemical, which consists in treating the surface with aqueous solutions of phosphates and / or chromates containing monovalent, bivalent or trivalent metal ions or their mixtures.

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the coverings consist of aluminum.

3. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the blades are heated at a temperature of 200 to 800 ° C after the coating has been applied.

4. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that, after the production of the PVD coatings, the blades are subjected to a diffusion coating process with layers based on aluminum and / or aluminum and zinc or zinc.