RU2308541C1 - Способ нанесения покрытий на сплавы - Google Patents
Способ нанесения покрытий на сплавы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308541C1 RU2308541C1 RU2006114426/02A RU2006114426A RU2308541C1 RU 2308541 C1 RU2308541 C1 RU 2308541C1 RU 2006114426/02 A RU2006114426/02 A RU 2006114426/02A RU 2006114426 A RU2006114426 A RU 2006114426A RU 2308541 C1 RU2308541 C1 RU 2308541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- chromium
- nickel
- temperature
- coating layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке изделий из жаропрочных сплавов на основе никеля. Проводят последовательное нанесение слоев на основе хрома и на основе алюминия и термическую обработку. Нанесение слоя, содержащего хром, осуществляют методом диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде при следующем составе компонентов для насыщения, мас.%: хром 60-98, сплав, содержащий 80 никеля и 20 иттрия, 1-35, хлорид никеля 1-5. Данный способ позволяет повысить качество и долговечность защитного покрытия. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к разделу химико-термической обработки изделий из металлов и сплавов, и может быть использовано, например, для увеличения прочности и долговечности лопаток турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин.
Известен способ нанесения покрытий на сплавы (Патент РФ №2213801 С2, 10.10.2003, С23С 4/16), включающий последовательное нанесение слоя покрытия из сплава на основе никеля, нанесение слоя покрытия на основе алюминия и термическую обработку покрытия. В данном способе нанесение первого слоя покрытия на основе никеля осуществляют путем напыления сплава 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 второго слоя покрытия на основе алюминия проводят термообработку при температуре Т≤1,05 ТЗАК, где ТЗАК - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие.
Недостатком данного способа является то, что при напылении первого слоя на основе никеля любым из возможных методов в покрытии возникают дефекты структуры в виде капельной фазы, каналов и т.п., которые снижают характеристики долговечности покрытия. При этом частичное удаление таких дефектов путем дробеструйной обработки и последовательного отжига приводит к увеличению трудоемкости и стоимости, а следовательно, снижает эффективность способа.
Наиболее близким к предложенному способу является способ нанесения покрытий на сплавы (Патент РФ №2073742 С1, 20.02.1997, С23С 4/08), включающий последовательное нанесение слоя покрытия, содержащего хром, нанесение слоя покрытия на основе алюминия и термическую обработку. В данном способе наносят первый слой покрытия, содержащего хром, методом вакуумно-плазменного напыления при следующем соотношении компонентов: хром - 28-30%, алюминий - 6-8%, тантал - 8-10%, иттрий - 0,8-1,5%, никель - остальное до 100%. После нанесения второго слоя покрытия на основе алюминия сплав подвергают закалке в вакууме при температуре 1160-1200°С в течение 1-2 ч с последующим отпуском в вакууме при температуре 900-1000°С в течение 1-2 ч.
Недостатком данного технического решения является низкая пластичность покрытия, обусловленная довольно высоким содержанием алюминия и значительной толщиной покрытия.
Технический результат заявленного способа - повышение качества и долговечности покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе нанесения покрытий на жаропрочные сплавы на основе никеля, включающем последовательное нанесение слоя покрытия, содержащего хром, нанесение слоя покрытия на основе алюминия и термическую обработку, нанесение слоя покрытия, содержащего хром, осуществляют методом диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 60-98, сплав (никель 80 - иттрий 20) 1-35, хлорид никеля 1-5.
При этом нанесение слоя покрытия, содержащего хром, можно осуществить при температуре t=970-1050°С.
Термическую обработку можно провести при температуре Т≤1,05 ТЗАК, где ТЗАК - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие.
Нанесение первого слоя покрытия, содержащего хром, осуществляют методом диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде, используя при этом компоненты: хром, сплав (никель 80 - иттрий 20), хлорид никеля.
Нанесение второго слоя покрытия на основе алюминия может быть осуществлено, например, методами диффузионного нанесения покрытий: газовое, или шликерное, или порошковое алитирование, хромоалитирование и т.д. Это позволяет получить покрытие, в котором основной структурной составляющей является фаза β-NiAl.
Применение технологического сплава никеля с иттрием обеспечивает очистку газовой среды камеры от влаги и кислорода воздуха, тем самым препятствуя окислению поверхности деталей и гранул хрома при насыщении, устраняет возможность образования оксидных пленок на деталях, обеспечивая высокое качество покрытия.
Применение хрома позволяет обеспечить высокую жаростойкость при пониженном содержании алюминия в получаемом покрытии. Гранулы хрома служат источником для образования галогенидов (например, хлоридов) хрома, используемых для переноса атомов хрома на поверхность деталей.
Соль NiCl2 является источником для образования галогенидов, участвующих в переносе хрома на поверхность деталей, а также источником никеля для его осаждения и выполняет роль активатора.
Для повышения вязкости и пластичности слоя после осуществления последовательного нанесения слоя покрытия, содержащего хром, и нанесения слоя покрытия на основе алюминия проводят термическую обработку покрытий при температуре Т≤1,05 ТЗАК, где ТЗАК - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие. Получают покрытие со структурой, состоящей из фазовой смеси β-NiAl и γ′-Ni3Al.
Время нанесения слоя покрытия, содержащего хром, и нанесения слоя покрытия на основе алюминия (изотермической выдержки на режиме нанесения покрытия на детали) выбирают в зависимости от требуемой толщины покрытия.
Температуру t нанесения слоя покрытия, содержащего хром, и нанесения слоя покрытия на основе алюминия назначают, исходя из вопросов сохранения жаропрочности обрабатываемых сплавов. Нанесение покрытия, содержащего хром, осуществляют при температуре 970°С и выше (например, для высокожаропрочных сплавов t=970-1050°С), на основе алюминия - при температуре 900°С и выше.
При этом нижний предел температуры t определяется температурой испарения источника газовой среды и, например, для галогенида NiCl2, составляет 970°С. Верхний предел температуры t определяется температурой закалки металлов и сплавов, из которых изготовлены детали, и обычно не превышает максимально допустимых значений рабочих температур изделий, изготовленных из жаропрочных сплавов.
Термическую обработку покрытия, например диффузионный отжиг, проводят при температуре Т≤1,05 ТЗАК, где ТЗАК - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие. При температурах термической обработки Т>1,05 ТЗАК происходит падение характеристик жаропрочности защищаемых сплавов. Так, при нагреве высокожаропрочных сплавов до температуры Т>1,05 ТЗАК происходит оплавление покрытия. Поэтому термическую обработку высокожаропрочных сплавов (например, лопаток газотурбинных двигателей из сплава ЖС6У) проводят при температуре 1180-1230°С.
Испытаниями на термостойкость установили, что оптимальные результаты, получаемые при нанесения покрытий на сплавы, достигаются, когда нанесение слоя покрытия, содержащего хром, осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 60-98, сплав (никель 80 - иттрий 20) 1-35, хлорид никеля 1-5. В этом случае содержание хрома в слое покрытия составляет 16-18%.
При содержании никельиттриевого сплава <1% в составе ингредиентов рабочей камеры при нанесении слоя покрытия, содержащего хром, происходит локальное окисление поверхности деталей, что приводит в дальнейшем к дефектам в структуре покрытий в виде оксидов и пор, а при высоком содержании никельиттриевого сплава >35% резко тормозится перенос хрома на поверхность детали (в получаемом покрытии практически отсутствует хром) и активируется процесс переноса никеля.
При содержании хрома <60% в составе ингредиентов рабочей камеры при нанесении слоя покрытия, содержащего хром, на поверхности изделия формируется обогащенный никелем слой, практически не содержащий хрома, а при высоком содержании хрома >98% ухудшаются качество получаемого слоя и его свойства.
При содержании хлорида никеля <1% в составе ингредиентов рабочей камеры при нанесении слоя покрытия, содержащего хром, тормозится процесс химических транспортных реакций из-за недостаточного содержания молекул галогенидов никеля и хрома, участвующих в насыщении, а при высоком содержании хлорида никеля >5% создается избыточное давление в камере, которое может привести к деформации и даже поломке установки.
При реализации способа нанесения покрытий на сплавы может быть использована специальная установка, например приведенная в Патенте RU №2270880 С1, 27.02.2006, С23С 10/14, в которой осуществляют процесс диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде.
На фиг.1 приведена микроструктура покрытия сплава ЖС6У, полученного после нанесение слоя покрытия, содержащего хром, на фиг.2 - микроструктура покрытия сплава ЖС6У, полученного после термической обработки.
Примеры нанесения слоя покрытия, содержащего хром, методом диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде с различным составом компонентов для насыщения в рабочей камере приведены ниже.
Пример 1.
Проводилась химико-термическая обработка лопаток турбины, изготовленных из сплава ЖС6У, мас.%: хром 9, кобальт 10, молибден 2, вольфрам 10, алюминий 5,5, титан 2,5, ниобий 1,1, цирконий 0,4, бор 0,03, углерод 0,16, иттрий 0,01. Состав компонентов для насыщения в рабочей камере, мас.%: хром 59,5, сплав (Ni80Y20) 37,25, хлорид никеля 3,25. В рабочую камеру загружали детали (лопатки турбины) с указанными компонентами, откачивали воздух до давления 6-10 Па, нагревали садку до температуры 600°С, далее нагрев осуществляли без вакуумирования, а при температуре 800°С включали вентилятор для перемешивания газа и нагревали садку до температуры 1030°С. После выдержки при 1030°С в течение 3 ч нагрев отключали, садку охлаждали до температуры не выше 200°С и детали выгружали.
Получали покрытие толщиной 10-15 мкм, в котором содержится 76% никеля и практически отсутствует хром.
Пример 2.
Проводилась химико-термическая обработка лопаток турбины с теми же компонентами сплава ЖС6У и при тех же режимах процесса, которые приведены в примере 1, но с другим составом компонентов для насыщения в рабочей камере, мас.%: хром 98,8, сплав (Ni80Y20) 0,0, хлорид никеля 1,2.
Получали покрытие, содержащее 18% хрома. Толщина слоя покрытия составляла 10-15 мкм. Однако в слое присутствовали неметаллические оксидные включения.
Пример 3.
Проводилась химико-термическая обработка лопаток турбины с теми же компонентами сплава ЖС6У и при тех же режимах процесса, которые приведены в примерах 1 и 2, но с другим составом компонентов для насыщения в рабочей камере, мас.%: хром 96,4, сплав (Ni80Y20) 2,4, хлорид никеля 1,2.
Получали покрытие, состоящее из твердого раствора хрома в никеле, в котором содержится 16% хрома и в слое отсутствуют неметаллические оксидные включения. Толщина слоя покрытия составляла 10-15 мкм (фиг.1).
После нанесения слоя покрытия, содержащего хром (пример 3), проводили нанесение слоя покрытия на основе алюминия (алитирование) при температуре 1000°С в течение 3 ч. Получали покрытие толщиной 30-40 мкм, в котором основной структурной составляющей была фаза β-NiAl.
Для повышения вязкости и пластичности слоя проводили термическую обработку деталей при температуре 1210°С в течение 1 ч 15 мин. Получали покрытие со структурой, состоящей из фазовой смеси β-NiAl и γ′-Ni3Al (фиг.2).
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получать защитное покрытие, обеспечивающее по сравнению с существующими следующие преимущества:
- увеличение на 30-50% термостойкости деталей, воспринимающих в процессе работы высокие термические нагрузки,
- увеличение стабильности поверхностного слоя и долговечности покрытия на деталях.
Claims (3)
1. Способ нанесения покрытий на жаропрочные сплавы на основе никеля, включающий последовательное нанесение слоя покрытия, содержащего хром, нанесение слоя на основе алюминия и термическую обработку, отличающийся тем, что нанесение слоя, содержащего хром, осуществляют методом диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде при следующем составе компонентов для насыщения, мас.%: хром 60-98, сплав, содержащий 80 никеля и 20 иттрия, 1-35, хлорид никеля 1-5.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диффузионное насыщение слоя осуществляют при температуре 970-1050°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят при температуре Т≤1,05 ТЗАК, где ТЗАК - температура закалки сплавов, на которые наносят покрытие.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006114426/02A RU2308541C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ нанесения покрытий на сплавы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006114426/02A RU2308541C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ нанесения покрытий на сплавы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2308541C1 true RU2308541C1 (ru) | 2007-10-20 |
Family
ID=38925339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006114426/02A RU2308541C1 (ru) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | Способ нанесения покрытий на сплавы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2308541C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462535C1 (ru) * | 2011-09-13 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов |
RU2549784C1 (ru) * | 2014-01-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ получения покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава |
-
2006
- 2006-04-28 RU RU2006114426/02A patent/RU2308541C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462535C1 (ru) * | 2011-09-13 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ химико-термической обработки деталей из никелевых сплавов |
RU2549784C1 (ru) * | 2014-01-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ получения покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0933448B1 (en) | Improved diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and a method therefor | |
US8916005B2 (en) | Slurry diffusion aluminide coating composition and process | |
US6273678B1 (en) | Modified diffusion aluminide coating for internal surfaces of gas turbine components | |
US6602356B1 (en) | CVD aluminiding process for producing a modified platinum aluminide bond coat for improved high temperature performance | |
JP5188702B2 (ja) | 低い堆積アルミニウムレベルを有するボンディングコートに関連する施工方法 | |
FI77899B (fi) | Foerfarande foer framstaellning av vaerme- och korrosionsbestaendiga material. | |
US9587302B2 (en) | Methods of applying chromium diffusion coatings onto selective regions of a component | |
US9932661B2 (en) | Process for producing a high-temperature protective coating | |
Kim et al. | Oxidation behaviour of gamma titanium aluminides with or without protective coatings | |
CN105917017B (zh) | 用于形成改善的铬扩散涂层的改性浆料组合物 | |
US20100009092A1 (en) | Economic oxidation and fatigue resistant metallic coating | |
EP0370838B1 (fr) | Procédé de protection de surface de pièces métalliques contre la corrosion à température élevée, et pièce traitée par ce procédé | |
JP5554892B2 (ja) | 安定化層を含有する皮膜系を有するNi基超合金 | |
JP2008169481A (ja) | 合金組成物及びそれを含む物品 | |
US20120324902A1 (en) | Method of maintaining surface-related properties of gas turbine combustor components | |
JP2008138224A (ja) | アルミニウムの拡散コーティングの施工方法 | |
US6326057B1 (en) | Vapor phase diffusion aluminide process | |
US20130323069A1 (en) | Turbine Blade for Industrial Gas Turbine and Industrial Gas Turbine | |
US8123872B2 (en) | Carburization process for stabilizing nickel-based superalloys | |
CN112695271A (zh) | 一种在涡轮叶片或导向器上用的镍基高温合金的表面渗铝铬的方法 | |
RU2308541C1 (ru) | Способ нанесения покрытий на сплавы | |
RU2213802C2 (ru) | Способ нанесения покрытий на сплавы | |
RU2165475C2 (ru) | Способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии | |
CA3167432A1 (en) | Cast product having alumina barrier layer | |
US8815342B2 (en) | Process for forming a protective coating on the surface of a metal part |
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: 20151012 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190419 |