RU1784661C - Состав дл химической обработки никелевых сплавов - Google Patents

Abstract

Использование: дл  разрыхлени  жаростойких никелевых покрытий на детал х из никелевых сплавов. Сущность изобретени  состав содержит, мас.%: азотна  кислота 25-40, фтористоводородна  кислота 0,5-4, порошок железа ПЖ4МЗ 0,2-1, вода остальное . 2 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к химической обработке металлов, а именно сплавов на основе никел , и может быть использовано дл  восстановлени  защитных жаростойких никелевых покрытий на детал х машин из никелевых сплавов.

В современном машиностроении дл  защиты деталей от высокотемпературного окислени  примен ютс  вакуумно-плазмен- ные и диффузионные жаростойкие покрыти  на основе никел . Основным легирующим элементом этих покрытий  вл етс  алюминий, который при взаимодействии с кислородом образует на поверхности детали оксид алюмини  (), обладающего высокими защитными свойствами.

В процессе эксплуатации покрыти  исчерпывают свой защитные свойства из-за снижени  содержани  алюмини  (по механизмам диффузии AI из покрыти  в жаропрочный сплав и скола оксидной пленки), уменьшени  толщины, по влени  дефектов в виде сколов,  зв и т.д. что приводит к интенсивному окислению материала и снижению прочностных свойств самой детали. Поэтому покрыти  целесообразно восстанавливать путем удалени  старого (отработанного ) и нанесени  нового покрыти  Лучшие результаты при удалении старых покрытий достигаютс  при использовании химико-механического способа, который включает подготовку деталей к химическому разрыхлению, химическое разрыхление и механическое удаление продуктов взаимодействи  раствора с элементами покрыти  (шлама).

Дл  химического разрыхлени  примен ют различные растворы на основе кислотных растворов. Одним из аналогов за вл емого раствора  вл етс  состав содержащий , мас.%: 0,5-5 фтористоводородной кислоты; 3-20 азотной кислоты остальное вода.

Недостатком данного раствора  вл етс  его низка  активность. Это не позвол ет удал ть покрыти , содержащие менее 30 мас.% AI и имеющие в своем составе хром С целью интенсификации процесса растворени  покрытий раствор подогреваетс  до 76-93°С, что также ограничивает его применение (при температурах более 60°С раствор интенсивно испар етс , что создает значительные технологические трудности)

В

VJ 00

ь

Os О

Кроме этого, при разрыхлении в этом растворе покрытий на жаропрочных сплавах с содержанием хрома менее 18 мас.% наблюдаетс  межкристаллитна  коррози  (см, табл. 1).5

Прототипом за вл емого раствора  вл етс  раствор, содержащий, об.%: НМОз 40-60; HF 0,3-0,8; Н20 30-70; моль/л CuS04; 0,0016-0,025 моль/л FeCb.

.Основным недостатком данного раство- 10 ра  вл етс  его повышенна  активность к материалам, из которых изготовлены сами лопатки турбин, что приводит к их растравливанию в процессе удалени  покрытий и невозможности дальнейшего их примене- 15 ни . Повышенна  активность обусловлена наличием в растворе ионов CI , которые усиливают коррозионные процессы, и за счет разнотолщинности покрыти  по периметру лопаток турбин, обусловленный как приро- 20 дои их нанесени , так и услови ми эксплуа- тации, привод т к растравливанию жаропрочных сплавов в тех местах, где покрытие удал етс  в первую очередь (места с меньшими толщинами покрытий).25

Цель изобретени  - снижение его активности по отношению к материалу деталей - жаропрочным никелевым сплавам.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что состав раствора дл  химического разрыхле- 30 ни  жаростойких никелевых покрытий на детал х из никелевых сплавов, содержащего азотную кислоту и фтористоводородную кислоту, введено в качестве активизирующего вещества большее количество азотной 35 кислоты, а в качестве пассивирующего вещества ионы железа в виде порошка железа ПЖ4МЗ (ГОСТ 4111-74) при следующем со- отнойении компонентов, мас.%:

Азотна  кислота25-4040

Фтористоводородна  кислота0,5-4

Порошок ПЖ4МЗ0,2-1

ВодаОстальное,

температура химического разрыхлени  30- 45 50°С.

Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод, что за вл емый состав раствора отличаетс  от известного введением нового компонента, 50 а именно, порошка ПЖ4МЗ, имеющего следующий состав, мас.%:

УглеродНе более 0,12

КремнийНе более 0,25

МарганецНе более 0,555

Серач Не более 0,03

ФосфорНе более 0,03

КислородОколо 1,0

ЖелезоНе менее 98

и применением, т.к. прототип примен етс  дл  химического фразировани  жаропрочных сплавов с высоким содержанием W (6). В этом случае его повышенна  активность положительна, что позвол ет травить сам металл с повышенной скоростью. Дл  удалени  же никелевых покрытий на детал х из никелевых сплавов он не примен етс , так как из-за повышенной активности этот раствор жаропрочный сплав растравливает, особенно в местах где покрытие, имеющее меньшую толщину, удал етс  в первую очередь .

Таким образом, за вл емое техническое решение соответствует критерию новизна . Анализ известных составов растворов, используемых дл  удалени  никелевых покрытий с никелевых сплавов, показал , что введенные в за вл емое решение вещества известны. Однако, их применение в этих растворах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает растворам такие свойства, которые они про вл ют в за вл емом решении, а именно снижение активности раствора по отношению материала основы - никелевого покрыти , содержащего хром и алюминий (30 мас.%) с никелевого сплава, содержащего менее 18 мае. % хрома. В растворах дл  удалени  алюминидных покрытий с никелевых жаропрочных сплавов непосредственное растворение порошков железа ранее не примен лось. Таким образом, данный состав компонентов придает раствору новые свойства, что позвол ет сделать вывод о соответствии за вл емого решени  критерию существенные отличи .

Примеры конкретного выполнени . Дл  экспериментальной проверки за вл емого состава были приготовлены различные растворы (аналог, прототип, за вл емый в различных соотношени х компонентов), в которых проводилось химическое разрыхление диффузионного и вакуумно-плазменно- го покрытий (конденсационное) (фиг. 1 и 2).

Приготовление растворов производилось методом перемешивани  компонентов , вход щих в их составы.

Химическое разрыхление никелевых жаростойких покрытий (диффузионного, с наработкой более 700 часов на изделии, и вакуумно-плазменного, с наработкой на изделии 240 часов) проводилось с рабочих лопаток турбиныавиационного газотурбинного двигател , изготовленных из сплавов ВЖЛ12У (Ni-основа; 0,17 С; 9,2 Cr;4,,75Nb;3,OMo; 1,3W;5,3 Al; 13,5 Со; 0,75 V; 0,015 В; 0,003 Zr; 0,16 Y) и ЖС6У (Nl-основа; 0,17 С; 9,0 Сг; 2,5 Ti; 1,0 Nb; 1,8

Mo; 10,5 W; 5,6 Al; 9,5 Co; 0,03 Zr; 0,015 B), по следующей технологической схеме:

1.Удаление нагара и оксидов тидроаб- разивной обработкой (ГАО) или обдувкой сухим электрокорундом,

2.Изол ци  поверхностей лопаток, не подлежащих травлению.

3.Химическое разрыхление покрытий.

4.Удаление изол ции.

5.Удаление продуктов взаимодействи  компонентов растворов с компонентами покрытий ГАО или обдувкой сухим электрокорундом .

6.Контроль качества удалени . Удаление нагара и оксидов гидроабра-

зивной обработкой проводилось на установках ЭЗ-86 или ЭЗ-106М при давлении воды 0,2...0,4 МПа. При обдувке сухим электрокорундом с зерном 24А № 20.,.25, давление воздуха 0,2...0,3 МПа. Врем  обдувки выбиралось из услови  полной очистки поверхности лопаток - до металлического цвета . Изол ци  поверхностей лопаток, не подлежащих травлению, осуществл лась лаком ХВ5179.

Затем лопатки погружались в растворы дл  химического разрыхлени  покрытий. Температура растворов составл ла 25...55°С.

После проведени  химического разрых- лени  покрытий лопатки промывались в воде , выборочно визуально контролировались на полноту удалени  покрыти , нейтрализовывались в щелочном растворе, промывались в гор чей воде и сушились. Затем проводилось выжигание лаковой изол ции при температуре 450...500°С в течение 30...60 минут. Далее разрыхленный слой покрыти  удал лс  с помощью ГАО.

Контроль качества удалени  покрытий производилс  визуально и металлографически на поперечных шлифах.Контроль состо ни  поверхности никелевого сплава основы после удалени  покрытий производилс  металлографически и методом люми- несцентной дефектоскопии. С помощью люминесцентной дефектоскопии нагл дно определ лось состо ние поверхности жаропрочного сплава. При наличии значитель- ного свечени  делалс  вывод о возникновении растрава поверхности сплава , а, следовательно, и о недопустимости его последующего использовани .

С помощью металлографического анализа определ лась толщина (дп ) неразрых- ленного сло  после химического разрыхлени . При наличии оставшегос  покрыти  делаетс  вывод о недостаточной активности раствора к обрабатываемому

жаростойкому покрытию, а, следовательно, и о непригодности раствора к использованию дл  целей восстановлени  деталей с жаростойкими покрыти ми.

Примеры конкретного выполнени  и их результаты представлены в таблице.

Анализ таблицы показывает.

1.Растворы аналога и прототипа не обеспечивают качественного удалени  жаростойких никелевых покрытий с низким со- держанием алюмини  и высоким содержанием хрома без растравливани  жаропрочных сплавов.

2.Завышение в за вл емом растворе концентрации кислот ( мас,% и мае.%) и занижение в нем содержани  порошка ПЖ4МЗ ниже 0,2 мас.% приводит к значительному повышению активности раствора, что про вл етс  в растравливании жаропрочных сплавов.

Заниженное содержание порошка ПЖ4МЗ не обеспечивает надежную пассивацию поверхности жаропрочных сплавов.

3.Занижение в за вл емом растворе концентрации кислот ( мас.% и ,5 мас.%) и завышение в нем содержани  порошка ПЖ4МЗ более 1 мас.% приводит к значительному снижению активности раствора по отношению к покрыти м, что не позвол ет использовать такие растворы дл  разрыхлени  покрытий.

Завышенное содержание порошка ПЖ4МЗ оказывает сильное пассивирующее воздействие на поверхность самих покрытий .

4.При температуре за вл емого раствора ниже 30°С процесс разрыхлени  покрытий резко замедл етс , причем, вакуумно-плазменное (конденсационное) покрытие практически не разрыхл етс .

При температуре за вл емого раствора выше 50°С резко повышаетс  его активность , что может приводить Т рЙсТравлива- нию поверхности жаропрочных сплавов.

Использование изобретени  позволит обеспечить качественное разрыхление жаростойких никелевых покрытий на детал х из никелевых сплавов с повышенной активностью к покрыти м и пониженной возможностью к растравливанию жаропрочных сплавов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Состав дл  химической обработки никелевых сплавов, преимущественно дл  разрыхлени  жаростойких никелевых покрытий на детал х из никелевых сплавов, содержащий азотную и фтористоводородную кислоты, железосодержащий материал и воду, отличающийс  тем, что, с целью снижени  растравливани  основы

   он в качестве железосодержащего материала содержит порошок железа ПЖ4МЗ при следующем соотношении компонентов, Г4ас.%:

   Азотна  кислота25-405

   Фтористоводородна 

   кислота

   Порошок железа

   ПЖЧМЗ

   Вода

   ЭО

   35180

   6

   76

   80

   60

   10

   180

   25

   50

   10

   30

   30

   55

   125

   й

   50

   10

   1.0

   АО

   (0

   20

   15

   85

   75

   ПИТТИНГО-ПИТТИНГОЮ

   вое свече-свечение (рас

   ние (рас-трав поверхтрав поверх-ности жароности жаро-прочного

   прочногоплава) сплава)

   при разрыхлении покрытий раствор раст равливает основной материал детали

   нго,

   вече (раст

   питтингоаое

   свечение

   (растрав)

   даже при минимальных концентраци х компонентов и наименьшей температуре обработки наблюдаетс  растравливание жаропрочных сплаво

   разрыхление покры- тий не приводит к растраау поверхностных слоев жаропрочных сплавов

   имеютс  от- раствор, разрыхл   дельные допус- покрыти , не раст- тимые свет - равливает каропроч- щиесл точки ные сплавы

   &- О

   свечений нет

   свечений прак- раствор, разрыхл   тически нет покрыти , не растравливает жаропрочные сплавы

   - О

   &- О

   свечений нет

   свечений нет

   раствор, разрыхл   покрыти , не растравливает жаропрочные сплавы

   Риг /

   Продолжение таблицы

   Ја ,

   V

   .Л «.( Т- It V I HP

   tf -f;ч&&

   J&F&gtgvf , J,f . y « « «Л.

   to 2

   J

   Л