RU2213802C2 - Method of applying coating on alloys - Google Patents
Method of applying coating on alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213802C2 RU2213802C2 RU2001126314A RU2001126314A RU2213802C2 RU 2213802 C2 RU2213802 C2 RU 2213802C2 RU 2001126314 A RU2001126314 A RU 2001126314A RU 2001126314 A RU2001126314 A RU 2001126314A RU 2213802 C2 RU2213802 C2 RU 2213802C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- nickel
- alloy
- aluminum
- alloys
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к разделу химико-термической обработки сплавов и может быть использовано, например, для увеличения долговечности лопаток турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to the section of chemical-thermal treatment of alloys and can be used, for example, to increase the durability of turbine blades of gas turbine engines or stationary gas turbines.
Известен способ получения покрытия на жаропрочных сплавах, заключающийся в том, что обрабатываемые детали подвергают выдержке в порошковой насыщающей смеси сплава никеля с алюминием (а.с. 392169, МКИ 4: С 23 С 10/56, БИ 32 за 1973 г.) - аналог. A known method of producing a coating on heat-resistant alloys, which consists in the fact that the workpiece is subjected to exposure in a powder saturating mixture of an alloy of Nickel and aluminum (A.S. 392169, MKI 4: C 23 C 10/56, BI 32 for 1973) - analogue.
Диффузионные алюминидные покрытия имеют объективные ограничения по работоспособности, связанные с рассасыванием слоя покрытия при высокой температуре, а также из-за их недостаточной пластичности. Diffusion aluminide coatings have objective performance limitations associated with the resorption of the coating layer at high temperature, and also due to their insufficient ductility.
Известен способ нанесения покрытий на сплавы, заключающийся в том, что наносят первый слой покрытия на основе алюминия, второй слой покрытия - на основе никеля, после чего наносят теплозащитный керамический слой на основе ZrО2 (патент РФ 2053310, МПК 6: С 23 С 4/12, БИ 3 за 1996 г.) - прототип.A known method of coating alloys is that the first coating layer is based on aluminum, the second coating layer is based on nickel, after which a heat-protective ceramic layer based on ZrO 2 is applied (RF patent 2053310, IPC 6: C 23 C 4 / 12, BI 3 for 1996) - prototype.
В известном решении нанесение слоя на основе алюминия осуществляют хромоалитированием, нанесение слоя на основе никеля производят плазменным методом, следующим составом, мас.%: хром 2,5-3,5, кобальт 0,5-1,5, алюминий 20-25, иттрий 0,25-0,5, кремний 0,5-1, никель остальное до 100. In a known solution, the deposition of an aluminum-based layer is carried out by chromo-lamination, the deposition of a nickel-based layer is carried out by the plasma method, in the following composition, wt.%: Chromium 2.5-3.5, cobalt 0.5-1.5, aluminum 20-25, yttrium 0.25-0.5, silicon 0.5-1, nickel, the rest is up to 100.
К недостаткам данного способа нанесения покрытий на сплавы можно отнести следующее: способ предполагает нанесение слоя покрытия на основе никеля и керамического слоя покрытия методом порошкового плазменного напыления, причем размеры гранул порошка сопоставимы с толщиной получаемого покрытия (50 мкм - гранула, 50 мкм - толщина слоя покрытия). Качество слоев на основе никеля и на основе керамики отличается высокой пористостью. Поры являются активными проводниками кислорода газовой среды, окисляющего металлические поверхности, как покрытий, так и металла основы. Из-за высокой проникающей способности кислорода в слой на основе никеля и на основе керамики происходит ускоренное окисление слоев покрытия на основе алюминия и на основе никеля, что ведет к увеличению внутренних напряжений, формирующихся из-за возрастания удельного объема оксида в порах. В свою очередь это приводит к резкому уменьшению величин предельных напряжений отрыва слоев на основе никеля и на основе керамики, прежде всего слоя керамики, и к скалыванию этих слоев. Следствием этого является резкое снижение характеристик прочности и долговечности покрытия. The disadvantages of this method of coating alloys include the following: the method involves applying a coating layer based on nickel and a ceramic coating layer by powder plasma spraying, the size of the powder granules being comparable with the thickness of the resulting coating (50 μm - granule, 50 μm - coating layer thickness ) The quality of the nickel-based and ceramic-based layers is highly porous. Pores are active conductors of oxygen in a gaseous medium that oxidizes metal surfaces, both coatings and base metals. Due to the high penetration of oxygen into the nickel-based and ceramic-based layers, accelerated oxidation of the aluminum and nickel-based coating layers occurs, which leads to an increase in internal stresses formed due to an increase in the specific volume of oxide in the pores. In turn, this leads to a sharp decrease in the ultimate tensile stresses of the separation of layers based on nickel and based on ceramics, primarily the ceramic layer, and to chipping of these layers. The consequence of this is a sharp decrease in the strength and durability of the coating.
Задачей данного изобретения является повышение прочности покрытий и их стабильности. The objective of the invention is to increase the strength of the coatings and their stability.
Стабильность покрытия предусматривает сохранение в течение длительного срока службы химического и фазового состава покрытия, сохранение его структуры, толщины покрытия и составляющих его зон. The stability of the coating provides for the preservation over a long service life of the chemical and phase composition of the coating, preserving its structure, coating thickness and its constituent zones.
Задача решается в способе нанесения покрытий на сплавы, который предусматривает последовательное нанесение слоя покрытия на основе алюминия и слоя покрытия с использованием сплава на основе никеля, причем при нанесении слоя покрытия на основе никеля используют сплав следующего состава, мас.%: хром 2-30, алюминий 2-15, тантал 0,2-20, вольфрам 0,5-10, гафний 0,2-6, иттрий 0,001-5, кремний 0,1 -5, никель остальное до 100, после нанесения которого проводят термическую обработку при температуре Т≤1,05 Т зак., где Т зак. - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытия. The problem is solved in the method of coating alloys, which provides for the sequential application of a coating layer based on aluminum and a coating layer using an alloy based on nickel, and when applying a coating layer based on nickel, an alloy of the following composition is used, wt.%: Chromium 2-30, aluminum 2-15, tantalum 0.2-20, tungsten 0.5-10, hafnium 0.2-6, yttrium 0.001-5, silicon 0.1-5, nickel, the rest is up to 100, after application of which heat treatment is carried out at temperature T≤1.05 T Zak., where T Zak. - quenching temperature of the alloys to be coated.
Для решения поставленной задачи сплав для нанесения слоя покрытия на основе никеля легируют хромом, алюминием, танталом, вольфрамом, гафнием, иттрием и кремнием. To solve this problem, an alloy for applying a nickel-based coating layer is alloyed with chromium, aluminum, tantalum, tungsten, hafnium, yttrium and silicon.
Основное назначение хрома в сплаве состоит в обеспечении высокой жаростойкости при сравнительно низком содержании алюминия. С этой целью содержание хрома в сплаве должно быть не менее 2%. В то же время, содержание хрома в сплаве не должно быть выше 30%, так как при чрезмерно высоком содержании хрома заметно снижаются прочностные характеристики покрытия. Кроме того, высокое содержание хрома в слое стабилизирует хрупкие образования σ-фазы. The main purpose of chromium in the alloy is to provide high heat resistance with a relatively low aluminum content. For this purpose, the chromium content in the alloy should be at least 2%. At the same time, the chromium content in the alloy should not be higher than 30%, since the strength characteristics of the coating noticeably decrease with an excessively high chromium content. In addition, the high chromium content in the layer stabilizes brittle formations of the σ phase.
Тантал обеспечивает улучшение прочностных характеристик слоя покрытия нанесенного с использованием сплава на основе никеля путем увеличения прочности атомных связей в структуре покрытия и является эффективным элементом торможения диффузии атомов из сплава в покрытие. Содержание тантала в сплаве для нанесения слоя покрытия меньше 0,2% недостаточно для существенного изменения свойств покрытия, в то же время, при использовании сплава с указанной совокупностью элементов, концентрации тантала свыше 20% в наносимом покрытии образуется большое количество хрупкой фазы, что ухудшает прочностные характеристики покрытия. Тантал также способствует повышению прочности и стабильности покрытия как за счет связывания оксида натрия и предотвращения тем самым образования молибдата натрия, так и за счет подавления мартенситного превращения в β-фазе покрытия, которое усиливает растрескивание слоя. Tantalum improves the strength characteristics of the coating layer deposited using a nickel-based alloy by increasing the strength of atomic bonds in the coating structure and is an effective element for inhibiting the diffusion of atoms from the alloy into the coating. The content of tantalum in the alloy for applying a coating layer of less than 0.2% is not enough to significantly change the properties of the coating, at the same time, when using an alloy with the specified set of elements, tantalum concentration of more than 20% in the applied coating, a large amount of brittle phase is formed, which affects the strength coating characteristics. Tantalum also enhances the strength and stability of the coating, both by binding sodium oxide and thereby preventing the formation of sodium molybdate, and by suppressing the martensitic transformation in the β-phase of the coating, which enhances layer cracking.
Вольфрам вводят в состав сплава для улучшения прочностных характеристик покрытия, торможения диффузии элементов, снижения температуры перехода покрытия из хрупкого в пластичное состояние при нагревании, а также для развития дополнительного механизма деформирования (двойникования), который способствует увеличению долговечности деталей с заявляемым покрытием при циклическом термомеханическом деформировании. Вольфрам содержится в покрытии во вторичных, твердых растворах. Положительный эффект от введения вольфрама достигается при содержании вольфрама в сплаве не менее 0,5%. При содержании вольфрама более 10% в покрытии образуются топологически плотно упакованные фазы типа μ, что сопровождается резким уменьшением пластичности, и следовательно, стабильности покрытия. Tungsten is introduced into the composition of the alloy to improve the strength characteristics of the coating, inhibit diffusion of elements, reduce the transition temperature of the coating from a brittle to a plastic state when heated, and also to develop an additional mechanism of deformation (twinning), which helps to increase the durability of parts with the claimed coating during cyclic thermomechanical deformation . Tungsten is contained in the coating in secondary, solid solutions. A positive effect from the introduction of tungsten is achieved when the tungsten content in the alloy is at least 0.5%. When the tungsten content is more than 10%, topologically tightly packed phases of the μ type are formed in the coating, which is accompanied by a sharp decrease in ductility, and therefore, the stability of the coating.
Гафний, иттрий и кремний в покрытии обеспечивают повышенную прочность покрытия при изотермическом и циклическом окислении путем улучшения сцепления оксидной пленки с металлическим покрытием как за счет известного "штифтового" механизма, так и за счет связывания примесей серы в тугоплавкие сульфиды и предотвращения тем самым образования полостей, наполненных газообразными оксидами серы, которые вызывают скалывание оксидной пленки в процессе окисления. Hafnium, yttrium and silicon in the coating provide increased coating strength during isothermal and cyclic oxidation by improving the adhesion of the oxide film to the metal coating due to the well-known "pin" mechanism, and by binding sulfur impurities to refractory sulfides and thereby preventing the formation of cavities, filled with gaseous sulfur oxides, which cause chipping of the oxide film in the oxidation process.
Усиление защитных свойств оксидной пленки достигается при введении гафния и кремния, соответственно не менее 0,2% гафния и не менее 0,1% кремния. Чрезмерное содержание гафния более 6% и кремния более 5% нежелательны, так как растворимость элементов в основных фазах покрытия ограничена, а образование дополнительных соединений ухудшает характеристики покрытия. Strengthening the protective properties of the oxide film is achieved with the introduction of hafnium and silicon, respectively, at least 0.2% hafnium and at least 0.1% silicon. Excessive hafnium content of more than 6% and silicon of more than 5% are undesirable, since the solubility of elements in the main phases of the coating is limited, and the formation of additional compounds affects the performance of the coating.
Положительный эффект от введения в сплав иттрия наблюдается при содержании иттрия в слое не менее 0,001%. Слишком большое содержание иттрия - более 5% нецелесообразно из-за ухудшения прочностных свойств покрытия, что связано с заметным увеличением количества оксида иттрия в слое покрытия. A positive effect from the introduction of yttrium into the alloy is observed when the yttrium content in the layer is at least 0.001%. Too much yttrium content - more than 5% is impractical due to the deterioration of the strength properties of the coating, which is associated with a noticeable increase in the amount of yttrium oxide in the coating layer.
Нанесение покрытий с использованием сплава на основе никеля может быть реализовано довольно большим числом методов, например: плазменного напыления, электронно-лучевого напыления, электродугового катодного напыления, магнетронного напыления, вакуумно-плазменной технологии высоких энергий и т.д. Coating using a nickel-based alloy can be implemented by a fairly large number of methods, for example: plasma spraying, electron beam spraying, cathodic arc spraying, magnetron sputtering, high-energy vacuum plasma technology, etc.
Метод плазменного напыления, при котором покрытие формируется из мелких расплавленных частиц, которые переносятся на поверхность при распылении плазмой проволоки, стержней или из порошка сплава для покрытия. В потоке плазмы частицы порошка нагреваются примерно до 1000 К, расплавленные частицы падают на поверхности деталей, растекаются и кристаллизуются. Покрытие формируется путем последовательной укладки деформирующихся частиц. Плазменное напыление может осуществляться в вакууме или на воздухе. В качестве плазмообразующих газов могут быть использованы - аргон, гелий, водород или азот. При использовании этого метода детали нагревают плазменным пистолетом до 550-1100oС. Скорость потока плазменного газа (80% аргона + 20% водорода) достигает 2М. Плотность покрытия достигает 99%. Структура покрытия - субмелкозернистая.A plasma spraying method in which a coating is formed from small molten particles that are transferred to the surface by plasma spraying of a wire, rods, or alloy powder for coating. In a plasma stream, the powder particles are heated to about 1000 K, the molten particles fall on the surface of the parts, spread and crystallize. The coating is formed by sequentially stacking deformable particles. Plasma spraying can be carried out in vacuum or in air. As plasma forming gases, argon, helium, hydrogen or nitrogen can be used. When using this method, the parts are heated with a plasma gun to 550-1100 o C. The flow rate of plasma gas (80% argon + 20% hydrogen) reaches 2M. The coating density reaches 99%. The coating structure is sub-fine.
Электронно-лучевое напыление осуществляется путем испарения сплава покрытия путем бомбардировки его потоком электронов. Испарившийся сплав конденсируется на поверхности детали. Покрытие формируется из парового потока, который состоит из нейтральных атомов. Скорость испарения составляет примерно 7•10-3 (г с-1•см2). Скорость роста толщины слоя достигает 250-300 (нм•с-1). Кристаллы покрытия растут преимущественно в направлении, перпендикулярном покрываемым поверхностям, и образуют столбчатую структуру. Для увеличения плотности покрытия его подвергают обработке стеклянными шариками и затем рекристаллизационному отжигу при температуре 950-1000oС.Electron beam sputtering is carried out by evaporation of the coating alloy by bombarding it with an electron stream. The evaporated alloy condenses on the surface of the part. The coating is formed from a vapor stream, which consists of neutral atoms. The evaporation rate is about 7 • 10 -3 (g s -1 • cm 2 ). The growth rate of the layer thickness reaches 250-300 (nm • s -1 ). The coating crystals grow mainly in the direction perpendicular to the surfaces to be coated and form a columnar structure. To increase the density of the coating it is subjected to processing with glass balls and then recrystallization annealing at a temperature of 950-1000 o C.
Лазерное напыление осуществляют с использованием энергии лазера. Скорость роста толщины слоя составляет 5-10 (мм•с-1). Защита от окисления при напылении осуществляется использованием защитных газов, например аргона. Скорость потока частиц при напылении с помощью газового лазера достигает 8-10 (мм•с-1).Laser spraying is carried out using laser energy. The growth rate of the layer thickness is 5-10 (mm • s -1 ). Protection against oxidation during spraying is carried out using protective gases, such as argon. The particle flow rate during spraying using a gas laser reaches 8-10 (mm • s -1 ).
Приведенные методы позволяют облегчить процесс управления качественным и количественным составом покрытий, наносимых на сплавы, путем использования предварительно выплавленных слитков сплавов. Однако, применение ряда методов, прежде всего электроннолучевого, плазменного, электродугового катодного напыления слитков сплавов имеет ряд недостатков, например:
- высокая пористость получаемых покрытий;
- неравномерность толщины покрытий, особенно при нанесении покрытий на детали сложной формы;
Этих недостатков лишены методы нанесения покрытий на основе алюминия (газовое или шликерное, или порошковое алитирование, хромоалитирование, алюмосилицирование и т.д.).The above methods make it easier to control the qualitative and quantitative composition of coatings applied to alloys by using pre-melted ingots of alloys. However, the use of a number of methods, primarily electron beam, plasma, electric arc cathode deposition of alloy ingots, has several disadvantages, for example:
- high porosity of the resulting coatings;
- uneven thickness of coatings, especially when applying coatings to parts of complex shape;
These drawbacks are deprived of the methods of applying coatings based on aluminum (gas or slip, or powder aluminization, chromoalitization, aluminosilicon, etc.).
Новым направлением является создание и нанесение многокомпонентных высокотемпературных покрытий на базе последовательного нанесения покрытий на основе алюминия и с использованием сплавов на основе никеля. A new direction is the creation and application of multicomponent high-temperature coatings based on sequential coatings based on aluminum and using nickel-based alloys.
Максимальное содержание алюминия в слое покрытия после нанесения слоя на основе алюминия составляет 29-32%, тогда как в слое, нанесенном из сплава на основе никеля содержание алюминия составляет, как правило, 7-10%. Содержание никеля в сплаве, на который наносят покрытие может быть различным. Например, в жаропрочных сплавах содержание никеля составляет, как правило, всего 3-6%. Таким образом, получают покрытие с градиентами по содержанию алюминия на границе с защищаемым сплавом и на границе со слоем покрытия, который получен из сплава на основе никеля. The maximum aluminum content in the coating layer after applying the aluminum-based layer is 29-32%, while in the layer deposited from a nickel-based alloy, the aluminum content is usually 7-10%. The nickel content of the coated alloy may vary. For example, in heat-resistant alloys, the nickel content is usually only 3-6%. Thus, a coating is obtained with gradients in the aluminum content at the boundary with the protected alloy and at the boundary with the coating layer, which is obtained from a nickel-based alloy.
Для выравнивания состава слоя покрытия по его толщине и формирования преимущественно двухфазной структуры покрытия из β и γ′-фаз проводят термическую обработку покрытия при температуре Т≤1,05 Т зак., где Т зак. - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие. In order to equalize the composition of the coating layer by its thickness and form a predominantly two-phase coating structure from β and γ′-phases, the coating is heat treated at a temperature of T≤1.05 T Zak, where T Zak. - quenching temperature of the coated alloys.
Наличие двойного градиента по алюминию между структурами сплава γ/γ′ и нанесенного на основе алюминия слоя β-NiAl с одной стороны, и слоя покрытия, нанесенного на основе никеля со структурой γ/γ′, и слоя, нанесенного на основе алюминия β-NiAl с другой стороны, при термической обработке обеспечивает поступление атомов никеля в образовавшихся диффузионных парах как со стороны сплава, так и со стороны слоя покрытия на основе никеля в слой моноалюминида никеля β-NiAl. В результате термической обработки покрытия достигается снижение остаточных напряжений, уменьшение размера частиц карбидов МС и М23С6 во внутренней зоне слоя покрытия, нанесенного на основе алюминия, примыкающей к сплаву, снижение пористости на границе со сплавом и увеличение пластичности покрытия. Внешняя зона слоя покрытия сохраняет мелкозернистую структуру, которая способствует увеличению прочности и стабильности покрытия.The presence of a double gradient in aluminum between the structures of the γ / γ ′ alloy and the β-NiAl layer deposited on the basis of aluminum on one side, and the coating layer deposited on the basis of nickel with the γ / γ structure and the layer deposited on the basis of aluminum β-NiAl on the other hand, during heat treatment, nickel atoms are introduced into the formed diffusion pairs both from the side of the alloy and from the side of the nickel-based coating layer into the β-NiAl nickel monoaluminide layer. As a result of heat treatment of the coating, a reduction in residual stresses, a decrease in the particle size of MS and M 23 C 6 carbides in the inner zone of the coating layer deposited on the basis of aluminum adjacent to the alloy, a decrease in porosity at the interface with the alloy, and an increase in the ductility of the coating are achieved. The outer zone of the coating layer retains a fine-grained structure, which contributes to an increase in the strength and stability of the coating.
Такой способ нанесения покрытия на сплавы несколько уменьшает сопротивление высокотемпературному окислению при начальной стадии работы покрытия. Однако в случае, если контролирующим является фактор прочности покрытий при длительной работе, в том числе их термостойкости, нанесение покрытий заявляемым способом обеспечивает существенное повышение ресурса их работы. This method of coating alloys somewhat reduces the resistance to high temperature oxidation at the initial stage of coating operation. However, if the controlling factor is the strength of the coatings during prolonged operation, including their heat resistance, coating by the claimed method provides a significant increase in the resource of their work.
Поскольку понятие "сплавы" принято трактовать как тела, образовавшиеся в результате затвердевания расплавов, состоящих из двух или нескольких компонентов (химически индивидуальных веществ), то в понятие сплавы могут быть включены и стали. Сплавы могут состоять либо только из металлов, либо из металлов с небольшим содержанием неметаллов (например, чугун и сталь - сплав железа с углеродом) - это металлические сплавы (см. Большой энциклопедический политехнический словарь" под редакцией А.Ю. Ишлинского, Научное издательство "Большая Российская энциклопедия". М., 1998 г., с.498). Since the concept of "alloys" is usually interpreted as bodies formed as a result of solidification of melts consisting of two or more components (chemically individual substances), steel can also be included in the concept of alloys. Alloys can consist only of metals, or of metals with a low content of non-metals (for example, cast iron and steel - an alloy of iron with carbon) - these are metal alloys (see. Big Encyclopedic Polytechnical Dictionary "edited by A.Yu. Ishlinsky, Scientific Publishing House" Great Russian Encyclopedia ". M., 1998, p. 498).
Пример. Example.
Охлаждаемые лопатки турбины, отлитые из сплава ЖС6У, после выполнения операций подготовки поверхности лопатки к нанесению покрытий помещали в муфель печи для газового алитирования в среде хлоридов алюминия АlСl3, АlСl2, АlСl. Для обеспечения доставки молекул газообразных хлоридов на внешние и внутренние поверхности охлаждаемых лопаток турбины проводили турбулизацию газового потока. Температура процесса была стабилизирована в пределах 990-1010oС, а время обработки при стабилизированной температуре составляло 4 часа. Доставка алюминия к поверхности деталей осуществлялась химическим путем по реакциям диспропорционирования:
3АlСl2-->Аl+2АlСl3,
3АlСl-->2Аl+АlСl3.The cooled turbine blades cast from ZhS6U alloy, after performing the preparation of the surface of the blades for coating, were placed in the muffle of the gas alimentation furnace in the environment of aluminum chlorides AlCl 3 , AlCl 2 , AlCl. To ensure the delivery of gaseous chloride molecules to the external and internal surfaces of the cooled turbine blades, gas flow was turbulized. The process temperature was stabilized in the range of 990-1010 o C, and the processing time at a stabilized temperature was 4 hours. The delivery of aluminum to the surface of the parts was carried out chemically by disproportionation reactions:
3AlCl 2 -> Al + 2AlCl 3 ,
3AlCl -> 2Al + AlCl 3 .
Осажденные атомы алюминия взаимодействовали с атомами никеля сплава ЖС6У по механизму реакционной диффузии и формировали покрытие на основе моноалюминида никеля
Al+Ni-->β-NiAl.The deposited aluminum atoms interacted with the nickel atoms of the ZhS6U alloy by the reaction diffusion mechanism and formed a coating based on nickel monoaluminide
Al + Ni -> β-NiAl.
Максимальное содержание алюминия в слое покрытия составляло 28-32%. Толщина слоя покрытия составляла 0,03-0,04 мм. The maximum aluminum content in the coating layer was 28-32%. The thickness of the coating layer was 0.03-0.04 mm.
Второй слой покрытия наносили конденсацией сплава на основе никеля следующего состава, мас.%: никель 8, алюминий 15, хром - 6, тантал 3, вольфрам 2, гафний 1,5, кремний 1, иттрий 0,8, никель остальное до 100, методом вакуумно-плазменной технологии высоких энергий при температуре 950oС в течение 2 часов. Толщина слоя конденсата составляла 0,035-0,04 мм. Термическая обработка полученного покрытия, а именно диффузионный отжиг, проводилась в вакууме при температуре 1000oС±10oС в течение 16 часов. В результате получили однородное покрытие, в котором максимальное содержание алюминия в процессе термической обработки снизилось до 18-19%. Структура комбинированного покрытия состояла преимущественно из смеси фаз β-NiAl и γ′-Ni3Al, причем в поверхностном слое внешней зоны структура покрытия состояла преимущественно из фазы γ′-Ni3Al, а зона слоя, примыкающая непосредственно к сплаву, содержала частицы карбидов М23С6 и МС. Толщина слоя покрытия после термической обработки составляла 0,05-0,06 мм. Одним из основных параметров, характеризующих стабильность покрытия при высокотемпературном окислении, является его жаростойкость. Жаростойкость заявляемого покрытия оценивали при температуре 1050oС в течение 1000 часов. После окончания испытаний покрытие сохранило высокие защитные свойства.The second coating layer was applied by condensation of an alloy based on nickel of the following composition, wt.%: Nickel 8, aluminum 15, chromium 6, tantalum 3, tungsten 2, hafnium 1.5, silicon 1, yttrium 0.8, nickel the rest is up to 100, by vacuum-plasma technology of high energies at a temperature of 950 o C for 2 hours. The thickness of the condensate layer was 0.035-0.04 mm. Heat treatment of the resulting coating, namely diffusion annealing, was carried out in vacuum at a temperature of 1000 o ± 10 o C for 16 hours. The result was a homogeneous coating in which the maximum aluminum content during the heat treatment decreased to 18-19%. The structure of the combined coating mainly consisted of a mixture of β-NiAl and γ′-Ni 3 Al phases, and in the surface layer of the outer zone, the coating structure consisted mainly of a γ′-Ni 3 Al phase, and the layer zone adjacent directly to the alloy contained carbide particles M 23 C 6 and MS. The thickness of the coating layer after heat treatment was 0.05-0.06 mm. One of the main parameters characterizing the stability of the coating during high-temperature oxidation is its heat resistance. The heat resistance of the claimed coating was evaluated at a temperature of 1050 o C for 1000 hours. After testing, the coating retained high protective properties.
В техническом решении, принятом за прототип, первый слой покрытия наносили методом диффузионного хромоалитирования в порошках в вакууме из известных составов, второй слой покрытия - с использованием сплава на основе никеля следующего состава, мас.%: кобальт 1,5, хром 3,5, алюминий 25, иттрий 0,5, кремний 1, никель остальное до 100, с последующим нанесением третьего теплозащитного слоя. В результате получали покрытие с жаростойкостью при высокотемпературном окислении при температуре 1050oС порядка 650 часов.In the technical solution adopted for the prototype, the first coating layer was applied by diffusion chromoalation in powders in vacuum from known compositions, the second coating layer was applied using an alloy based on nickel of the following composition, wt.%: Cobalt 1.5, chromium 3.5, aluminum 25, yttrium 0.5, silicon 1, nickel, the rest is up to 100, followed by the application of a third heat-protective layer. The result was a coating with heat resistance during high temperature oxidation at a temperature of 1050 o With about 650 hours.
Сравнение заявляемого решения с известным позволяет сделать вывод об увеличении стабильности покрытий при их нанесении с использованием заявляемого способа. Comparison of the proposed solutions with the known allows us to conclude about an increase in the stability of coatings when applied using the proposed method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126314A RU2213802C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of applying coating on alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126314A RU2213802C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of applying coating on alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001126314A RU2001126314A (en) | 2003-08-20 |
| RU2213802C2 true RU2213802C2 (en) | 2003-10-10 |
Family
ID=31988399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001126314A RU2213802C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Method of applying coating on alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2213802C2 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467091C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-20 | Улвак, Инк. | Composite material al reacting with water, film al reacting with water, method of producing said film and component of chamber to this end |
| RU2468116C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | METHOD TO PRODUCE Al FILM REACTING WITH WATER AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468117C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | Al COMPOSITE MATERIAL REACTING WITH WATER, Al FILM REACTING WITH WATER, METHOD TO PRODUCE THIS Al FILM AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468118C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | Al COMPOSITE MATERIAL REACTING WITH WATER, Al FILM REACTING WITH WATER, METHOD TO PRODUCE THIS Al FILM AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468119C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | METHOD TO PRODUCE Al FILM REACTING WITH WATER AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2519415C2 (en) * | 2010-01-28 | 2014-06-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Spraying nozzle and method of atmospheric spraying, coating device and coated article |
| RU2521925C2 (en) * | 2010-03-23 | 2014-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Binding metal coating with high gamma/gamma' transition temperature, and component |
| RU2523185C2 (en) * | 2010-03-23 | 2014-07-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Metal coating with binder that features high temperature of gamma/gamma' transition and the part |
| RU2549784C1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of coating manufacturing on part out of carbon-free heat-resistant nickel alloy |
| RU2569610C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Composition for production of carbide barrier coating on part out of carbon-free heat-resistant nickel alloy |
| RU2601674C2 (en) * | 2011-09-02 | 2016-11-10 | Дженерал Электрик Компани | Protective coating for titanium last stage buckets |
| RU2759941C2 (en) * | 2017-03-30 | 2021-11-18 | Сафран | Turbine part of superalloy and corresponding manufacturing method |
-
2001
- 2001-09-28 RU RU2001126314A patent/RU2213802C2/en active
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467091C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-20 | Улвак, Инк. | Composite material al reacting with water, film al reacting with water, method of producing said film and component of chamber to this end |
| RU2468116C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | METHOD TO PRODUCE Al FILM REACTING WITH WATER AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468117C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | Al COMPOSITE MATERIAL REACTING WITH WATER, Al FILM REACTING WITH WATER, METHOD TO PRODUCE THIS Al FILM AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468118C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | Al COMPOSITE MATERIAL REACTING WITH WATER, Al FILM REACTING WITH WATER, METHOD TO PRODUCE THIS Al FILM AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2468119C2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-11-27 | Улвак, Инк. | METHOD TO PRODUCE Al FILM REACTING WITH WATER AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER |
| RU2519415C2 (en) * | 2010-01-28 | 2014-06-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Spraying nozzle and method of atmospheric spraying, coating device and coated article |
| RU2521925C2 (en) * | 2010-03-23 | 2014-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Binding metal coating with high gamma/gamma' transition temperature, and component |
| RU2523185C2 (en) * | 2010-03-23 | 2014-07-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Metal coating with binder that features high temperature of gamma/gamma' transition and the part |
| US9074268B2 (en) | 2010-03-23 | 2015-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Metallic bondcoat with a high gamma/gamma' transition temperature and a component |
| RU2601674C2 (en) * | 2011-09-02 | 2016-11-10 | Дженерал Электрик Компани | Protective coating for titanium last stage buckets |
| US10392717B2 (en) | 2011-09-02 | 2019-08-27 | General Electric Company | Protective coating for titanium last stage buckets |
| RU2569610C2 (en) * | 2014-01-17 | 2015-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Composition for production of carbide barrier coating on part out of carbon-free heat-resistant nickel alloy |
| RU2549784C1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of coating manufacturing on part out of carbon-free heat-resistant nickel alloy |
| RU2759941C2 (en) * | 2017-03-30 | 2021-11-18 | Сафран | Turbine part of superalloy and corresponding manufacturing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3001161B2 (en) | Aluminum coating for super alloy | |
| US4117179A (en) | Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings | |
| US4897315A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| JP4053477B2 (en) | Overlay coating deposition method | |
| RU2213802C2 (en) | Method of applying coating on alloys | |
| Jung et al. | Effect of Cr addition on the properties of aluminide coating layers formed on TiAl alloys | |
| US5035957A (en) | Coated metal product and precursor for forming same | |
| Spies | Surface engineering of aluminium and titanium alloys: an overview | |
| US4024294A (en) | Protective coatings for superalloys | |
| US4910092A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| US7229675B1 (en) | Protective coating method for pieces made of heat resistant alloys | |
| US3957454A (en) | Coated article | |
| US20020081447A1 (en) | Composite ingot for producing by evaporation a functionally graded coating with an outer ceramic layer on a metal substrate and method thereof | |
| US7138189B2 (en) | Heat-resistant Ti alloy material excellent in resistance to corrosion at high temperature and to oxidation | |
| RU2264480C2 (en) | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys | |
| EP0010484A1 (en) | Improvement in the chromising of steel in the gaseous phase | |
| JP2009102696A (en) | SURFACE TREATMENT METHOD OF Ti-Al-BASED ALLOY, AND Ti-Al-BASED ALLOY OBTAINED THEREBY | |
| RU2212473C1 (en) | Method for depositing of coatings on alloys | |
| US4237193A (en) | Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings | |
| Wang et al. | Interdiffusion behavior of Ni–Cr–Al–Y coatings deposited by arc-ion plating | |
| US20080187773A1 (en) | Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced | |
| US3953193A (en) | Coating powder mixture | |
| GB2322382A (en) | A coated superalloy article | |
| RU2213801C2 (en) | Method of applying coatings on alloys | |
| US5660886A (en) | Method for forming in situ diffusion barrier while diffusing aluminum through nickel-boron |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160914 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190802 |