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 PDF

Info

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
Application number
RU2016133547U
Other languages
English (en)
Inventor
Фаниль Фанусович Мусин
Аскар Джамилевич Мингажев
Николай Константинович Криони
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2016133547U priority Critical patent/RU175846U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU175846U1 publication Critical patent/RU175846U1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48Ion implantation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture 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.
RU2016133547U 2016-08-15 2016-08-15 Лопатка турбомашины из алюминиевого сплава с упрочненным поверхностным слоем,содержащим иттрий RU175846U1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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