RU175846U1 - Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий - Google Patents
Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий Download PDFInfo
- Publication number
- RU175846U1 RU175846U1 RU2016133547U RU2016133547U RU175846U1 RU 175846 U1 RU175846 U1 RU 175846U1 RU 2016133547 U RU2016133547 U RU 2016133547U RU 2016133547 U RU2016133547 U RU 2016133547U RU 175846 U1 RU175846 U1 RU 175846U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- surface layer
- nanocrystals
- layer
- outer layer
- Prior art date
Links
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004574 scanning tunneling microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области изделий из нанокристаллических материалов и может быть использована для лопаток турбомашин для улучшения их физико-механических, коррозионных и других практически важных эксплуатационных свойств. Предложено изделие из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем, состоящим из двух слоев: наружного слоя толщиной от 1 до 3 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава, содержащего один из следующих элементов: Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их сочетание, и расположенного непосредственно под наружным слоем внутреннего слоя толщиной от 5 до 20 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава. Нанокристаллы алюминиевого сплава наружного слоя имеют размеры в диапазоне от 10 до 600 нм, а нанокристаллы алюминиевого сплава внутреннего слоя имеют размеры в диапазоне от 300 до 900 нм. В качестве изделия может быть лопатка турбомашины. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Полезная модель относится к области изделий из нанокристаллических материалов и может быть использована для улучшения физико-механических, коррозионных и других практически важных эксплуатационных свойств лопаток турбомашин.
Известно изделие из твердофазных наноструктурированных материалов, состоящих из исходной матрицы с нанесенным на нее слоем наноструктурированных материалов [заявка на патент РФ №2005106650. Способ получения твердофазных наноструктурированных материалов и устройство для его реализации. МПК С01В 31/00, 2006 г.]. Недостатком указанного способа является невозможность получения изделий с нанокристаллическим поверхностным слоем материала матрицы.
Известно изделие из объемных нанокристаллических металлических материалов, полученных методом интенсивно-пластической деформации для формирования [Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.].
Недостатком известного изделия [Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.] является невозможность получения непосредственно в поверхностном слое металлических деталей нанокристаллической структуры. В то же время для таких деталей, как лопатки турбомашин, необходимо обеспечивать упрочненный поверхностный слой материала [патент РФ 2117073. Способ модификации поверхности титановых сплавов. МПК С23С 14/48, 1998]. Лопатки турбомашин работают в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, которые могут приводить к возникновению поверхностных трещин и разрушению лопаток. Поэтому эксплуатационную надежность лопаток можно обеспечить путем повышения физико-механических свойств поверхностного слоя материала детали. Создание в поверхностном слое материала нанокристаллической структуры, имеющей по сравнению с обычными не нанокристаллическими сплавами более высокие прочностные свойства, позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства подобных изделий. Например, по сравнению со сплавами, имеющими размеры зерен величиной более 1 мкм, время до разрушения образцов при испытаниях на прочность повышается в 2-3 раза, а усталостная долговечность на 1-2 порядка. Кроме того, не всегда, в частности из соображений дороговизны, является целесообразным создание всего изделия из объемного нанокристаллического металла или сплава. Даже при использовании для изготовления деталей объемного нанокристаллического материала с относительно крупными кристаллами повышенные эксплуатационные свойства могут быть получены за счет измельчения структуры в поверхностном слое материала детали.
Известно изделие с нанокристаллическим поверхностным слоем, полученным на поверхности изделия с помощью туннельного микроскопа. На поверхность изделия наносят тонкий слой металла, на котором сорбируется тонкая пленка воды. В результате электрохимических процессов на обрабатываемом участке образуется слой в несколько десятков нм [Matsumoto К., Sedawa К. Application of Scanning Tunneling Microscopy Nanofabrication process to Single Electron Transistor. - Journ. Vac. Sci. Technol. - 1996, В. 14, рр. 1331-1335].
Недостатком данного технического решения является невозможность его применения в таких деталях, как, например, лопатка турбомашины.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является изделие с наноструктурированным поверхностным слоем, полученным бомбардировкой поверхности материала тяжелыми ионами (Fleischcr R.L., Price Р.В., Walker R.M. Nuclear Tracks in Solids. - Univ. of California, Berkeley, 1979). В области трека происходит аморфизация кристаллической структуры с образованием наноразмерных структур, ориентированных вдоль трека.
Недостатком прототипа является неоднородность полученного поверхностного слоя материала изделия, поскольку облучение поверхностного слоя ускоренными тяжелыми ионами приводит к формированию в материале вдоль трека иона сильно разупорядоченной области диаметром от единиц до десятков нм ["Микроэлектроника". - 1998, т. 27, 1, с. 46-48].
Задачей и техническим результатом настоящего технического решения является повышение эксплуатационных свойств изделий из алюминиевого сплава за счет использования однородного нанокристаллического поверхностного слоя материала.
Технический результат достигается тем, что в лопатке турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем в отличие от прототипа упрочненный поверхностный слой состоит из двух слоев: наружного слоя толщиной от 1 до 3 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава, содержащего Y, и расположенного непосредственно под наружным слоем внутреннего слоя толщиной от 5 до 20 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава. Кроме того, возможны следующие варианты воплощения полезной модели: нанокристаллы алюминиевого сплава наружного слоя имеют размеры в диапазоне от 10 до 600 нм, а нанокристаллы алюминиевого сплава внутреннего слоя имеют размеры в диапазоне от 300 до 900 нм.
Сущность данного технического решения заключается в том, что в поверхностном слое материала изделия одним из известных способов формируют равномерный аморфный поверхностный слой. Формирование аморфного слоя позволяет, с одной стороны, уменьшить влияние исходной структуры материала изделия на вновь формируемую нанокристаллическую структуру поверхностного слоя, а с другой стороны - создает предпосылки к образованию нанокристаллов в процессе последующей кристаллизации. В качестве способа получения аморфного слоя может использоваться способ ионной имплантации. При внедрении в поверхностный слой алюминиевого сплава ионов Y происходит формирование аморфного слоя, состоящего, в свою очередь, из двух слоев: наружного аморфного слоя толщиной порядка 1…3 мкм, содержащего внедренные ионы Y, и внутреннего слоя толщиной от 5 до 20 мкм, образованного в результате воздействия внедренных ионов (эффект дальнодействия, образование радиационных дефектов структуры). В процессе кристаллизации аморфного поверхностного слоя размеры нанокристаллов будут зависеть от частоты приложенной нагрузки и времени температурной выдержки. При этом для быстрой фиксации процессов перехода материала от аморфного состояния к нанокристаллическому необходимо также управлять скоростью охлаждения материала изделия.
Таким образом, получение аморфного поверхностного слоя материала лопатки турбомашины с последующим преобразованием его путем деформации и кристаллизации в нанокристаллический поверхностный слой материала изделия позволяет достичь эффекта предлагаемого технического решения - повышения эксплуатационных свойств изделий из металлов и сплавов.
Пример. Для оценки эксплуатационных свойств лопаток, изготовленных из дюралюминия (Д16), изготовленных согласно прототипу и предлагаемому техническому решению, были проведены испытания на выносливость и циклическую прочность в условиях эксплуатационных температур на воздухе.
В результате проведенных испытаний были получены следующие результаты: условный предел выносливости (σ-1) лопаток из дюралюминия (Д16) в среднем по сравнению с прототипом составляет:
1) прототип: 120-125 МПа;
2) по предлагаемому техническому решению: 135-145 МПа.
Условный предел выносливости (σ-1) алюминиевых сплавов (Д1, Д16, Д16Т) в среднем повышается приблизительно на 13-16%, что подтверждает заявленный технический результат.
Claims (2)
1. Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем, отличающаяся тем, что упрочненный поверхностный слой состоит из двух слоев: наружного слоя толщиной от 1 до 3 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава, содержащего Y, и расположенного непосредственно под наружным слоем внутреннего слоя толщиной от 5 до 20 мкм, состоящего из нанокристаллов алюминиевого сплава.
2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что нанокристаллы алюминиевого сплава наружного слоя имеют размеры в диапазоне от 10 до 600 нм, а нанокристаллы алюминиевого сплава внутреннего слоя имеют размеры в диапазоне от 300 до 900 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133547U RU175846U1 (ru) | 2016-08-15 | 2016-08-15 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133547U RU175846U1 (ru) | 2016-08-15 | 2016-08-15 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий |
Related Child Applications (8)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017137989U Division RU178967U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим углерод |
RU2017137998U Division RU178873U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим цирконий |
RU2017138000U Division RU179504U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим лантан |
RU2017138008U Division RU179505U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим титан |
RU2017138009U Division RU179506U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим хром |
RU2017137990U Division RU178968U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим бор |
RU2017137999U Division RU179057U1 (ru) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим азот |
RU2017138683U Division RU179497U1 (ru) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим иттербий |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU175846U1 true RU175846U1 (ru) | 2017-12-21 |
Family
ID=63853440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016133547U RU175846U1 (ru) | 2016-08-15 | 2016-08-15 | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU175846U1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090202815A1 (en) * | 2006-04-13 | 2009-08-13 | Euro. Aeronautic Defence And Space Co. Eads France | Use of a nanostructured material, as protective coating of metal surfaces |
RU2378412C1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования Российской Федерации | Способ формирования диффузионного коррозионно-стойкого наноструктурированного защитного покрытия на поверхности металлического изделия |
US20130101745A1 (en) * | 2010-04-23 | 2013-04-25 | Universite De Limoges | Method for preparing a multilayer coating on a substrate surface by means ofthermal spraying |
EP2743377A1 (en) * | 2011-08-11 | 2014-06-18 | Universidade de Aveiro | Conversion films based on lamellar double-hydroxides for active protection against corrosion |
GB2509335A (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-02 | Univ Tartu | Double-structured corrosion resistant coatings and methods of application |
-
2016
- 2016-08-15 RU RU2016133547U patent/RU175846U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090202815A1 (en) * | 2006-04-13 | 2009-08-13 | Euro. Aeronautic Defence And Space Co. Eads France | Use of a nanostructured material, as protective coating of metal surfaces |
RU2378412C1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования Российской Федерации | Способ формирования диффузионного коррозионно-стойкого наноструктурированного защитного покрытия на поверхности металлического изделия |
US20130101745A1 (en) * | 2010-04-23 | 2013-04-25 | Universite De Limoges | Method for preparing a multilayer coating on a substrate surface by means ofthermal spraying |
EP2743377A1 (en) * | 2011-08-11 | 2014-06-18 | Universidade de Aveiro | Conversion films based on lamellar double-hydroxides for active protection against corrosion |
GB2509335A (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-02 | Univ Tartu | Double-structured corrosion resistant coatings and methods of application |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Saedi et al. | Texture, aging, and superelasticity of selective laser melting fabricated Ni-rich NiTi alloys | |
Semenova et al. | Enhanced strength and ductility of ultrafine‐grained Ti processed by severe plastic deformation | |
Zhan et al. | Investigation on surface layer characteristics of shot peened graphene reinforced Al composite by X-ray diffraction method | |
Sharma et al. | The ageing response of direct laser deposited metastable β-Ti alloy, Ti–5Al–5Mo–5V–3Cr | |
Shiva et al. | Investigations on phase transformation and mechanical characteristics of laser additive manufactured TiNiCu shape memory alloy structures | |
Zhou et al. | Microstructure and mechanical performance tailoring of Ti-13Nb-13Zr alloy fabricated by selective laser melting after post heat treatment | |
Zhou et al. | The effect of texture on the low cycle fatigue property of Inconel 718 by selective laser melting | |
Mallick et al. | Grain growth and crack formation in NiO thin films by swift heavy ion irradiation | |
RU175846U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий | |
RU179504U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим лантан | |
RU179505U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим титан | |
RU179497U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим иттербий | |
RU178873U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим цирконий | |
RU178968U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим бор | |
RU179057U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим азот | |
RU179506U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим хром | |
RU178967U1 (ru) | Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочняющим слоем, содержащим углерод | |
RU2640687C1 (ru) | СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ДЕТАЛЯХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ (варианты) | |
RU2385968C2 (ru) | Способ формирования нанокристаллического поверхностного слоя в материале изделий из металлических сплавов | |
Zhang et al. | Study on the Tensile and Shear Behaviors of Selective Laser Melting Manufactured Ti6Al4V | |
Ligachev et al. | Pulsed ion beam induced changes in a submicrocrystalline structure of the near surface layers of austenite steel | |
JPS6021366A (ja) | アモルフアス金属の製造方法 | |
RU2702516C1 (ru) | Способ формирования нанокристаллического поверхностного слоя на детали из сплава на никелевой основе (варианты) | |
Smirnov et al. | Features of formation of nanocrystalline state in internal-oxidized V-Cr-Zr-W and V-Mo-Zr system alloys during deformation by torsion under pressure | |
Voznesenskaya et al. | Deposition of carbon coatings by PVD-methods on polyurethane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180816 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20190917 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200816 |