RU2007141873A

RU2007141873A - Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия для лопаток турбомашин из титановых сплавов

Info

Publication number: RU2007141873A
Application number: RU2007141873/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Смыслов (RU); Анатолий Михайлович Смыслов; Марина Константиновна Смыслова (RU); Марина Константиновна Смыслова; Аскар Джамилевич Мингажев (RU); Аскар Джамилевич Мингажев; Юрий Михайлович Дыбленко (RU); Юрий Михайлович Дыбленко; Константин Сергеевич Селиванов (RU); Константин Сергеевич Селиванов; Вячеслав Юрьевич Гордеев (RU); Вячеслав Юрьевич Гордеев; Михаил Юрьевич Дыбленко (RU); Михаил Юрьевич Дыбленко; Альберт Нуруллаевич Рамазанов (RU); Альберт Нуруллаевич Рамазанов; Алиса Аскаровна Мингажева (RU); Алиса Аскаровна Мингажева
Original assignee: ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" (RU); ООО "НПП Уралавиаспецтехнология"
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-05-20
Also published as: RU2390578C2

Abstract

1. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия для лопаток турбомашин из титановых сплавов, включающий вакуумно-плазменное нанесение металлического подслоя, и на основе нитридов, карбидов и/или карбонитридов титана, циркония, алюминия и комбинации соединений этих металлов с азотом и углеродом нанослоев, формируемых при вращении лопаток вокруг собственной оси и относительно последовательно расположенных катодов из разнородных материалов, отличающийся тем, что после осаждения каждого слоя производят его ионно-имплантационную обработку расположенными между катодами устройствами для имплантации ионов. ! 2. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионов для имплантации используют ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацию. ! 3. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойною покрытия по п.1, отличающийся тем, что имплантацию ионов легирующих элементов производят при энергии ионов 0,2-300 кэВ и плотности ионов 1010 до 5·1020 ион/см2. ! 4. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.2, отличающийся тем, что имплантацию ионов легирующих элементов производят при энергии ионов 0,2-300 кэВ и плотности ионов 1010 до 5·1020 ион/см2. ! 5. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что производят взаимное экранирование потоков распыляемого материала, располагая экраны между катодами и источниками имплантируемых ионов. ! 6. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся чем, что в качестве катодов используют составные катоды, содержащие титан и цирконий. ! 7.

Claims

1. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия для лопаток турбомашин из титановых сплавов, включающий вакуумно-плазменное нанесение металлического подслоя, и на основе нитридов, карбидов и/или карбонитридов титана, циркония, алюминия и комбинации соединений этих металлов с азотом и углеродом нанослоев, формируемых при вращении лопаток вокруг собственной оси и относительно последовательно расположенных катодов из разнородных материалов, отличающийся тем, что после осаждения каждого слоя производят его ионно-имплантационную обработку расположенными между катодами устройствами для имплантации ионов.

2. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионов для имплантации используют ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацию.

3. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойною покрытия по п.1, отличающийся тем, что имплантацию ионов легирующих элементов производят при энергии ионов 0,2-300 кэВ и плотности ионов 10¹⁰ до 5·10²⁰ ион/см².

4. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.2, отличающийся тем, что имплантацию ионов легирующих элементов производят при энергии ионов 0,2-300 кэВ и плотности ионов 10¹⁰ до 5·10²⁰ ион/см².

5. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что производят взаимное экранирование потоков распыляемого материала, располагая экраны между катодами и источниками имплантируемых ионов.

6. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся чем, что в качестве катодов используют составные катоды, содержащие титан и цирконий.

7. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве катодов используют составные катоды, содержащие титан, алюминий и цирконий.

8. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхность лопатки подвергают ионно-имплантационной обработке с постимплантационным отжигом, имплантацию ионов легирующих элементов производят при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов 10¹⁰ до 5·10²⁰ ион/см², в качестве легирующих элементов используют ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацию, а имплантацию и постимплантационный отжиг производят с последующим нанесением покрытия в одном вакуумном объеме за один технологический цикл.

9. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что толщины нанослоев выбирают в диапазоне от 0,1 до 20 нм.

10. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.9, отличающийся тем, что заданную толщину нанослоя (t_i, нм) получают регулируя количество материала осаждаемого на деталь за ¹/₂ оборота детали вокруг собственной оси, относительно потока осаждаемого материала и регулируя скорость вращения детали вокруг собственной оси, используя для расчета параметров процесса соотношения:

1) для расчета скорости вращения детали:

τ_i=t_i/v_i,

где τ_i - заданное время ¹/₂ оборота детали вокруг собственной оси, обеспечивающее формирование нанослоя заданной толщины из i-го компонента;

t_i - заданная толщина нанослоя покрытия, сформированная из i-го компонента:

t_i=v_iτ_i,

v_i - средняя скорость наращивания покрытия из i-ro компонента, образующего монослой покрытия;

v_i=H_i/τ;

где Н_i- суммарная толщина слоев, сформированных из i-го компонента в покрытии, нанесенном при вращении детали;

τ - время формирования покрытия заданной толщины;

в качестве i-х компонентов используются нитриды, карбиды и/или карбонитриды титана, циркония, алюминия и нитриды, карбиды и/или карбонитриды соединений этих металлов (i=1, 2, 3…20);

2) для соотношения скорости осаждения (наращивания) i-х компонентов:

k=v_i/v_i+1=H_i/H_i+1,

где k - коэффициент, указывающий на необходимость превышения (снижения) скорости осаждения i-го компонента по сравнению со скоростью (i+1)-го компонента;

v_i+1 - средняя скорость наращивания покрытия из (i+1)-го компонента;

Н_i+1 - суммарная толщина слоев, сформированных из (i+1)-го компонента в покрытии, нанесенном при вращении детали.

11. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия электролитно-плазменной обработкой производят полирование поверхности пера лопатки.

12. Способ получения эрозионно-стойкого нанослойного покрытия по п.11, отличающийся тем, что при проведении электролитно-плазменного полирования лопатку погружают в водный раствор электролита и прикладывают к ней положительное по отношению к электролиту электрическое напряжение, под действием которого между поверхностью обрабатываемого изделия и электролитом образуется парогазовый слой, а процесс полирования осуществляют по крайней мере в три этапа, на первом из которых к обрабатываемой лопатке прикладывают электрическое напряжение 120-170 В, выдерживают ее при этом напряжении в течение 0,3-0,8 мин, на втором этапе это напряжение увеличивают до 210-350 В, выдерживают лопатку при этом напряжении в течение 1,5-5 мин, затем осуществляют третий этап полирования лопатки, для этого, не вынимая лопатку из электролита, отключают электрическое напряжение, удаляют лопатку из электролита, охлаждают лопатку, вновь прикладывают к ней положительное по отношению к электролиту электрическое напряжение 210-350 В, погружают лопатку в электролит и ведут полирование течение 0,8-2,5 мин, в качестве электролита используют водный раствор солей со значением рН 4…9, причем в течении первого и второго этапов обработки обеспечивают беспрерывную подачу электрического напряжения, включая момент перехода от первого этапа ко второму.