RU2200211C2

RU2200211C2 - Method of removal of coats from parts made from heat-resistant alloys

Info

Publication number: RU2200211C2
Application number: RU2001106171A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Елисеев; А.М. Душкин; Ю.П. Шкретов; Н.В. Абраимов
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2003-03-10

Abstract

FIELD: chemical and thermal treatment of metals and alloys. SUBSTANCE: proposed method includes preliminary cleaning of parts from carbon deposit, pickling them in solution and removing products of interaction of solution with components of coat with the aid of solution of the following composition, mass-%: nitric acid, 25-40; fluorohydric acid, 0.5-4; iron powder, 0.2-1; chromium oxide, 0.3-1.5; water, up to 100%; parts are kept in this solution for at least 2 min at temperature of not below 18 C. Proposed method makes it possible to retain zone of diffusion interaction of components of coat applied on part with structure of parent metal (diffusion zone) at complete removal of coat. EFFECT: enhanced efficiency. 1 ex

Description

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов. The invention relates to the field of chemical-thermal treatment of metals and alloys.

В авиадвигателестроении для защиты деталей, работающих в неблагоприятных условиях, например в условиях высоких температур, широкое применение находят защитные покрытия. Основой материала таких покрытий в большинстве случаев является никель. Основным легирующим элементом покрытий является алюминий, который взаимодействует с никелем и образует промежуточные фазы типа Ni₂Al₃, NiAl и Ni₃Al. При взаимодействии алюминия с кислородом на поверхности покрытий образуется оксид алюминия Аl₂О₃, который защищает детали от газовой коррозии. В процессе эксплуатации деталей происходит постепенное уменьшение защитных свойств покрытий из-за уменьшения содержания в них алюминия, уменьшения толщины покрытия, образования дефектов в виде отслоений, сколов и т. д. , что приводит к интенсивному окислению основного металла и, как следствие, к снижению прочностных свойств самой детали.In aircraft engines, protective coatings are widely used to protect parts operating in adverse conditions, for example, at high temperatures. In most cases, the base material of such coatings is nickel. The main alloying element of the coatings is aluminum, which interacts with nickel and forms intermediate phases of the type Ni ₂ Al ₃ , NiAl and Ni ₃ Al. During the interaction of aluminum with oxygen on the surface of the coatings, aluminum oxide Al ₂ O _{3 is formed} , which protects the parts from gas corrosion. During the operation of the parts, the protective properties of the coatings gradually decrease due to a decrease in the aluminum content in them, a decrease in the coating thickness, the formation of defects in the form of delaminations, chips, etc., which leads to intensive oxidation of the base metal and, as a result, to a decrease strength properties of the part itself.

Лучшие результаты при удалении старых покрытий достигаются при применении химико-механического способа, который включает очистку деталей от нагара и оксидной пленки, химическое травление деталей и последующее механическое удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия (шлама). The best results when removing old coatings are achieved by applying a chemical-mechanical method, which includes cleaning parts from carbon deposits and oxide films, chemical etching of parts and subsequent mechanical removal of the reaction products of the solution with the coating elements (sludge).

Для обеспечения высокой адгезии покрытия имеют зону диффузионного взаимодействия элементов покрытия со структурой основного металла (диффузионная зона), которая отличается повышенной прочностью и представляет собой часть сечения основного металла, из которого изготовлена деталь. Поскольку часто необходимо удалить покрытие с детали, которая имеет небольшую толщину (лопатки газовых турбин могут иметь, например, толщину 0,4-0,5 мм), то возникает необходимость сохранения диффузионной зоны при полном удалении покрытий. To ensure high adhesion, coatings have a zone of diffusion interaction of the coating elements with the structure of the base metal (diffusion zone), which is characterized by increased strength and is part of the cross section of the base metal of which the part is made. Since it is often necessary to remove a coating from a part that has a small thickness (gas turbine blades may, for example, have a thickness of 0.4-0.5 mm), it becomes necessary to maintain the diffusion zone while completely removing the coatings.

Для химического удаления (травления) покрытий применяют различные кислотные растворы. For chemical removal (etching) of coatings, various acid solutions are used.

Известен раствор, имеющий следующий состав, мас.%: 0,5-5 фтористо-водородной кислоты, 3-20 азотной кислоты, остальное - вода (патент США 3622391, МКИ С 23 F 1/00, 1971) - аналог. A known solution having the following composition, wt.%: 0.5-5 hydrofluoric acid, 3-20 nitric acid, the rest is water (US patent 3622391, MKI C 23 F 1/00, 1971) - analogue.

Недостатком данного раствора является его низкая активность. Это не позволяет удалять покрытия, содержащие менее 30 мас.% Al и имеющие в своем составе хром. Для повышения скорости травления покрытий раствор подогревают до температуры 76-93^oС, что также ограничивает его применение, так как при температуре выше 60^oС раствор интенсивно испаряется, что создает значительные технологические трудности при обеспечении стабильности процесса. Кроме того, при травлении в этом растворе покрытий на жаростойких сплавах с содержанием хрома менее 18 мас.% наблюдается межкристаллитная коррозия.The disadvantage of this solution is its low activity. This does not allow removal of coatings containing less than 30 wt.% Al and containing chromium. To increase the etching rate of coatings, the solution is heated to a temperature of 76-93 ^o C, which also limits its use, since at a temperature above 60 ^o C the solution intensively evaporates, which creates significant technological difficulties in ensuring process stability. In addition, during etching in this solution of coatings on heat-resistant alloys with a chromium content of less than 18 wt.%, Intergranular corrosion is observed.

Известен способ удаления покрытий с деталей из жаростойких сплавов с использованием раствора, имеющего следующий состав мас.%: азотная кислота 25-40, фтористо-водородная кислота 0,5-4, порошок железа 0,2-1, вода - до 100%. Обрабатываемые детали помещают в указанный раствор и выдерживают в нем при температуре 30-50^oС (авторское свидетельство 1784661, С 23 F 1/28, БИ 48 за 1992 год) - прототип.A known method of removing coatings from parts of heat-resistant alloys using a solution having the following composition in wt.%: Nitric acid 25-40, hydrofluoric acid 0.5-4, iron powder 0.2-1, water - up to 100%. The processed parts are placed in the specified solution and kept in it at a temperature of 30-50 ^o C (copyright certificate 1784661, C 23 F 1/28, BI 48 for 1992) - prototype.

Основным недостатком данного решения является недостаточное пассивирующее воздействие раствора на основной металл, из которого изготовлена деталь, что приводит к растравливанию поверхностного слоя основного металла, и не позволяет в дальнейшем достичь требуемого качества восстановления покрытий при ремонте. The main disadvantage of this solution is the insufficient passivating effect of the solution on the base metal from which the part is made, which leads to etching of the surface layer of the base metal, and does not allow to achieve the required quality of coating restoration in the future.

Изобретение решает задачу сохранения зоны диффузионного взаимодействия элементов покрытия, нанесенного на деталь, со структурой основного металла (диффузионной зоны) при полном удалении покрытия. The invention solves the problem of maintaining the zone of diffusion interaction of the coating elements deposited on the part with the structure of the base metal (diffusion zone) while completely removing the coating.

Указанная задача решается тем, что в способе удаления покрытий с деталей, изготовленных из жаростойких сплавов, включающем предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия, используют раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 25-40, фтористо-водородная кислота 0,5-4, порошок железа 0,2-1, оксид хрома (СrO₃) 0,3-1,5, вода - до 100%, причем детали выдерживают в растворе не менее 2 мин при температуре не менее 18^oС.This problem is solved by the fact that in the method of removing coatings from parts made of heat-resistant alloys, including preliminary cleaning of parts from soot, etching them in solution and subsequent removal of the reaction products of the solution with the coating elements, use a solution of the following composition, wt.%: Nitric acid 25-40, hydrofluoric acid 0.5-4, iron powder 0.2-1, chromium oxide (CrO ₃ ) 0.3-1.5, water - up to 100%, and the details are kept in solution for at least 2 min at a temperature of at least 18 ^o C.

В качестве дополнительного пассивирующего вещества в раствор введен оксид хрома (СrО₃), причем используются следующие исходные компоненты раствора: азотная кислота - плотность 1,4 г/см³, порошок железа - ПЖ4МЗ, ПЖВ-4, ПЖРТ и т.д., фтористо-водородная кислота 40% концентрации.Chromium oxide (CrO ₃ ) was introduced into the solution as an additional passivating substance, and the following initial components of the solution were used: nitric acid — density 1.4 g / cm ³ , iron powder — ПЖ4МЗ, ПЖВ-4, ПЖРТ, etc., hydrofluoric acid 40% concentration.

Как показали теоретические и экспериментальные исследования, для достижения заявленного технического результата температура раствора, изготовленного из приведенных выше исходных компонентов, должна быть не ниже 18^oС, а время выдержки в нем деталей не менее 2 мин.As shown by theoretical and experimental studies, in order to achieve the claimed technical result, the temperature of the solution made from the above starting components must be at least 18 ^o C, and the exposure time of parts in it at least 2 minutes.

При температуре ниже 18^oС наступает резкое замедление процесса травления покрытия и покрытия практически не удаляются. При проведении процесса травления менее 2 мин в покрытиях сохраняется часть внешней зоны покрытия, подлежащая стравливанию.At temperatures below 18 ^o With there is a sharp slowdown in the etching process of the coating and the coating is practically not removed. When conducting the etching process for less than 2 minutes, part of the outer coating zone to be etched is retained in the coatings.

В качестве примера, иллюстрирующего заявляемый способ удаления покрытий с жаростойких сплавов, может быть рассмотрен процесс травления никелевых жаростойких покрытий на рабочих лопатках ротора турбины, материал лопаток ЖС6: - Ni - основа, 0,16 С, 9 Сr, 10 Со, 2 Мо, 10,5 W, 5 Al, 2,5 Ti, 0,04 Zr, 0,015 В, 0,01 Y (см. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. Ю.С. Елисеев, Н.В. Абраимов, В.В. Крымов. - М.: Высшая школа, 1999). Удаление покрытия производилось по следующей технологической схеме. As an example, illustrating the claimed method of removing coatings from heat-resistant alloys, the etching process of nickel heat-resistant coatings on the working blades of the turbine rotor can be considered, the material of the ZhS6 blades: - Ni - base, 0.16 C, 9 Cr, 10 Co, 2 Mo, 10.5 W, 5 Al, 2.5 Ti, 0.04 Zr, 0.015 V, 0.01 Y (see Chemical-thermal treatment and protective coatings in aircraft engine building. Yu.S. Eliseev, N.V. Abraimov, VV Krymov. - M.: Higher School, 1999). The coating was removed according to the following flow chart.

Известными средствами осуществляли операции, предшествующие операции травления, в том числе: удаление нагара после выдержки лопаток в щелочном растворе, изоляция тех частей лопаток, которые не должны подвергаться травлению, и т.д. Known means carried out the operations preceding the etching operation, including: removing soot after holding the blades in an alkaline solution, isolating those parts of the blades that should not be etched, etc.

Затем лопатки для проведения операции химического травления погружали в раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 35, фтористо-водородная кислота 2,1, порошок железа (ПЖРТ) 0,3, оксид хрома 0,62, вода - до 100%, и выдерживали в этом растворе 5 мин при температуре 35^oС. После химического травления покрытий лопатки промывали в проточной воде, выборочно контролировалась полнота удаления внешней зоны покрытия и сохранение диффузионной зоны. Потом лопатки нейтрализовали в щелочном растворе, промывали в холодной, а потом в теплой воде для удаления травильного шлама. Разрыхленный слои покрытия с внутренней и внешней полостей пера лопаток удалялся с помощью гидроабразивной обработки.Then the blades for the chemical etching operation were immersed in a solution of the following composition, wt.%: Nitric acid 35, hydrofluoric acid 2.1, iron powder (ПЖРТ) 0.3, chromium oxide 0.62, water up to 100%, and kept in this solution for 5 min at a temperature of 35 ^o C. After chemical etching of the coatings, the blades were washed in running water, the completeness of removal of the outer coating zone and the preservation of the diffusion zone were selectively controlled. Then the blades were neutralized in an alkaline solution, washed in cold, and then in warm water to remove etching sludge. The loosened coating layers from the internal and external cavities of the feather blades were removed using hydroabrasive treatment.

После этого проводился визуальный и металлографический контроль качества обработки поверхностей. С помощью металлографического контроля определялась толщина сохранившейся диффузионной зоны и отсутствие внешней зоны покрытия, подлежащей стравливанию. After that, visual and metallographic quality control of surface treatment was carried out. Using metallographic control, the thickness of the preserved diffusion zone and the absence of an external coating zone to be etched were determined.

По результатам проведенного контроля было установлено, что использование указанного способа позволяет полностью очистить лопатки от нанесенных на них покрытий (внешняя зона покрытия удалена полностью) при одновременном сохранении диффузионной зоны на внешней и внутренней поверхностях пера лопаток. According to the results of the control, it was found that the use of this method allows you to completely clean the blades from the coatings applied to them (the outer coating zone is completely removed) while maintaining the diffusion zone on the outer and inner surfaces of the feather blades.

Claims

The method of removing coatings from parts of heat-resistant alloys, including preliminary cleaning of the parts from soot, etching them in solution and subsequent removal of the reaction products of the solution with the coating elements, characterized in that the etching is carried out in a solution of the following composition, wt. %:
Nitric acid - 25-40
Hydrofluoric acid - 0.5-4
Iron powder - 0.2-1
Chromium oxide (CrO ₃ ) - 0.3-1.5
Water - Up to 100%
and the details are kept in it until the coating is completely removed while maintaining the zone of diffusion interaction of the coating elements with the structure of the base metal.