RU2340704C2 - Method for fabricated metallic product surface treatment - Google Patents
Method for fabricated metallic product surface treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340704C2 RU2340704C2 RU2007103737/02A RU2007103737A RU2340704C2 RU 2340704 C2 RU2340704 C2 RU 2340704C2 RU 2007103737/02 A RU2007103737/02 A RU 2007103737/02A RU 2007103737 A RU2007103737 A RU 2007103737A RU 2340704 C2 RU2340704 C2 RU 2340704C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- conductive material
- diffusion
- stage
- ions
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки поверхности деталей машин с целью повышения их служебных характеристик.The invention relates to mechanical engineering and can be used for surface treatment of machine parts in order to improve their performance characteristics.
Известен способ обработки поверхности изделия путем бомбардировки ее ионами плазмы, генерируемой электрическим разрядом, который включает предварительную подготовку поверхности обрабатываемого изделия, размещение изделия в вакуумной камере, генерацию в вакуумной камере плазмы материала модификатора одним из известных способов, формирование из плазмы ускоренного ионного пучка, направленного на поверхность обрабатываемого изделия, или непосредственную обработку поверхности изделия ионами плазмы при подаче на изделие отрицательного электрического потенциала. Вследствие внедрения ионов плазмы в поверхностный слой путем диффузии или имплантации и создания искажений в кристаллической решетке под действием ионной бомбардировки, а также изменения элементного состава поверхностного слоя происходит модифицирование поверхностного слоя изделия за счет ее легирования, приводящее к изменению эксплуатационных свойств изделия (Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. Под редакцией Дж.М.Поута, Г.Фоти, Д.К.Джекобсона. М.: Машиностроение. - 1987. - 424 с.).A known method of processing the surface of an article by bombarding it with ions of a plasma generated by an electric discharge, which includes preliminary preparation of the surface of a workpiece, placing the article in a vacuum chamber, generating modifier material in a vacuum chamber by one of the known methods, forming an accelerated ion beam from a plasma directed at surface of the workpiece, or direct surface treatment of the product with plasma ions when negatively applied to the product of electric potential. Due to the introduction of plasma ions into the surface layer by diffusion or implantation and the creation of distortions in the crystal lattice under the influence of ion bombardment, as well as changes in the elemental composition of the surface layer, the surface layer of the product is modified due to its alloying, leading to a change in the operational properties of the product (Modification and alloying of the surface laser, ion and electron beams. Edited by J.M. Powe, G. Foty, D.K. Jacobson. M.: Mechanical Engineering. - 1987. - 424 p.).
Недостатком известного способа является низкая плотность ионного тока на поверхности детали и низкая скорость обработки поверхности детали, что ограничивает его применение в машиностроении.The disadvantage of this method is the low density of ion current on the surface of the part and the low speed of surface treatment of the part, which limits its use in mechanical engineering.
Известен способ обработки поверхности металлического изделия, включающий предварительную подготовку поверхности изделия, размещение в зоне обработки изделия и токопроводящего материала, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на токопроводящий материал, возбуждение на токопроводящем материале вакуумной дуги, горящей в парах этого материала с образованием плазмы, бомбардировку, очистку и нагрев поверхности изделия ионами плазмы токопроводящего материала, накопление и диффузию ионов токопроводящего материала на поверхности изделия, в котором накопление и диффузию токопроводящего материала сначала проводят при отрицательном потенциале на изделии в диапазоне 0-200 В и толщиной 1-10 мкм, а затем при отрицательном потенциале на изделии в диапазоне 300-1000 В и температуре поверхности изделия ниже температуры разупрочнения материала изделия. Металлическое изделие выполнено из стали. В качестве токопроводящего материала используют титан или сплав на основе титана (Патент РФ №2188251).A known method of surface treatment of a metal product, including preliminary preparation of the surface of the product, placing in the processing zone of the product and conductive material, creating a vacuum in the processing zone, applying a negative potential to the product and separately to the conductive material, excitation of a vacuum arc burning on the conductive material in pairs material with the formation of plasma, bombardment, cleaning and heating the surface of the product with plasma ions of conductive material, the accumulation and diffusion of ions conductive material on the surface of the product, in which the accumulation and diffusion of conductive material is first carried out with a negative potential on the product in the range of 0-200 V and a thickness of 1-10 μm, and then with a negative potential on the product in the range of 300-1000 V and the surface temperature of the product below the softening temperature of the product material. The metal product is made of steel. As the conductive material, titanium or an alloy based on titanium is used (RF Patent No. 2188251).
Недостатком известного способа являются недостаточно высокие жаростойкость и стойкость к коррозии обработанной поверхности изделия во всеклиматических условиях.The disadvantage of this method is not sufficiently high heat resistance and corrosion resistance of the treated surface of the product in all climatic conditions.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки поверхности металлического изделия, включающий предварительную подготовку поверхности изделия, размещение в зоне обработки изделия и токопроводящего материала из сплава на основе никеля, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на токопроводящий материал, возбуждение на токопроводящем материале вакуумной дуги, горящей в парах этого материала с образованием плазмы, бомбардировку, очистку и нагрев поверхности изделия ионами плазмы токопроводящего материала, накопление и диффузию ионов токопроводящего материала на поверхности изделия при температуре поверхности изделия ниже температуры разупрочнения материала изделия при отрицательном потенциале на изделии, устанавливая его значение сначала в диапазоне 250-500 В, затем в диапазоне 0-150 В. Металлическое изделие выполнено из титана или сплава на его основе (Патент РФ №2283894).The closest analogue taken as a prototype is a method of processing the surface of a metal product, including preliminary preparation of the surface of the product, placing in the processing zone of the product and the conductive material of an alloy based on nickel, creating a vacuum in the processing zone, applying a negative potential to the product and separately to the conductive material, excitation on a conductive material of a vacuum arc burning in the vapor of this material with the formation of plasma, bombardment, cleaning and heating of the surface from plasma ions of conductive material, the accumulation and diffusion of ions of conductive material on the surface of the product at a surface temperature of the product below the softening temperature of the product material at a negative potential on the product, setting its value first in the range of 250-500 V, then in the range of 0-150 V. the product is made of titanium or an alloy based on it (RF Patent No. 2283894).
Недостатком известного способа-прототипа является низкая эрозионная стойкость системы металлическое изделие-покрытие, что ограничивает ее использование для металлических изделий, подвергающихся эрозионному и коррозионному воздействию в различных климатических условиях.A disadvantage of the known prototype method is the low erosion resistance of the metal product-coating system, which limits its use for metal products subjected to erosion and corrosion in various climatic conditions.
Технической задачей изобретения является повышение эрозионной стойкости системы металлическое изделие-покрытие при сохранении высокой жаростойкости и стойкости поверхности изделия к солевой коррозии, а также возможности использования в качестве металлического изделия не только титана и сплавов на его основе, но и конструкционных сталей и никелевых сплавов.An object of the invention is to increase the erosion resistance of the metal product-coating system while maintaining high heat resistance and resistance of the product surface to salt corrosion, as well as the possibility of using not only titanium and alloys based on it, but also structural steels and nickel alloys as a metal product.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки поверхности металлического изделия, включающий удаление загрязнений с поверхности изделия и ее обезжиривание, размещение в зоне обработки изделия и токопроводящего материала, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на токопроводящий материал, возбуждение на токопроводящем материале вакуумной дуги, горящей в парах этого материала с образованием плазмы, бомбардировку, очистку и нагрев поверхности изделия ионами плазмы токопроводящего материала, накопление и диффузию ионов токопроводящего материала на поверхности изделия при температуре поверхности изделия ниже температуры разупрочнения материала изделия при отрицательном потенциале в диапазоне 0-500 В, в котором накопление и диффузию ионов токопроводящего материала на поверхности изделия проводят в две стадии, на первой стадии проводят процесс диффузии и накопления ионов плазмы токопроводящего материала с получением модифицированного слоя на основе элементов материала изделия и токопроводящего материала или диффузионного слоя с внешней прослойкой из токопроводящего материала, а после завершения первой стадии в зону обработки подают реакционный газ и проводят вторую стадию процесса с накоплением и диффузией на поверхности металлического изделия ионов плазмы токопроводящего материала в среде реакционного газа, причем время первой и второй стадий выбирают из соотношения 1:(2-7) и в процессе второй стадии, по крайней мере, один раз прерывают подачу реакционного газа на время, равное 0,02-0,12 от продолжительности второй стадии процесса.The stated technical problem is achieved by the fact that the proposed method of surface treatment of a metal product, including the removal of contaminants from the surface of the product and its degreasing, placing in the processing zone of the product and conductive material, creating a vacuum in the processing zone, supplying a negative potential to the product and separately to the conductive material, excitation on a conductive material of a vacuum arc burning in the vapor of this material with the formation of plasma, bombardment, cleaning and heating of the surface of the product plasma conductive material, the accumulation and diffusion of ions of conductive material on the surface of the product at a surface temperature of the product below the softening temperature of the product material at a negative potential in the range 0-500 V, in which the accumulation and diffusion of ions of conductive material on the surface of the product is carried out in two stages, of the first stage, the process of diffusion and accumulation of plasma ions of the conductive material is carried out to obtain a modified layer based on the elements of the product material and current conductive material or a diffusion layer with an outer layer of conductive material, and after the first stage is completed, reaction gas is supplied to the treatment zone and the second stage of the process is carried out with the accumulation and diffusion of plasma ions of the conductive material in the reaction gas medium on the surface of the metal product, the time being the first and second stages is selected from a ratio of 1: (2-7) and in the process of the second stage, at least once, the flow of reaction gas is interrupted for a time equal to 0.02-0.12 of the duration of the second st adii process.
Металлическое изделие выполнено из титана или сплава на его основе или стали, или сплава на основе никеля. Токопроводящий материал выполнен из циркония, или титана, или хрома, или сплавов на их основе. В качестве реакционного газа используют азот, или ацетилен, или смеси азота с аргоном или азота с ацетиленом при соотношении (9-1):1 и давлении 0,1-0,66 Па, или смесь азота, ацетилена и кислорода при соотношении (8-1):(8-1):1 и давлении 0,1-0,66 Па.The metal product is made of titanium or an alloy based on it or steel, or an alloy based on nickel. The conductive material is made of zirconium, or titanium, or chromium, or alloys based on them. Nitrogen, or acetylene, or a mixture of nitrogen with argon or nitrogen with acetylene at a ratio of (9-1): 1 and a pressure of 0.1-0.66 Pa, or a mixture of nitrogen, acetylene and oxygen at a ratio of (8) are used as reaction gas. -1) :( 8-1): 1 and a pressure of 0.1-0.66 Pa.
Бомбардировка поверхности изделия ионами плазмы токопроводящего материала сопровождается очисткой поверхности за счет ионного травления поверхности и ионным нагревом изделия. Степень нагрева определяется величиной отрицательного потенциала, подаваемого на изделие, и током ионов, бомбардирующих поверхность, который в свою очередь пропорционален току вакуумно-дугового разряда, горящего в парах токопроводящего материала. При достижении поверхности изделия определенной для каждой пары материала изделия и токопроводящего материала температуры процессы ионного нагрева и очистки поверхности изделия стабилизируются и начинается процесс диффузии и накопления ионов токопроводящего материала на поверхности изделия. Последующую обработку поверхности после процесса ионной очистки и нагрева проводят в две стадии. На первой стадии проводят процесс диффузии и накопления ионов токопроводящего материала на поверхности изделия и в зависимости от величины отрицательного потенциала на изделии (φ2) диффузия и накопление протекают либо за счет ускоренной термостимулированной диффузии ионов плазмы токопроводящего материала в поверхность металлического изделия (φ2=150÷500 В), либо за счет осаждения на поверхности изделия ионов токопроводящего материала (φ2=0÷150 В), что позволяет получать в поверхностной зоне изделия модифицированный (диффузионный) слой различной глубины на основе элементов материала основы и токопроводящего материала, либо диффузионный слой с внешней прослойкой из токопроводящего материала. В качестве токопроводящего материала используют цирконий (преимущественно для обработки поверхности изделий из титановых сплавов), титан (преимущественно для обработки поверхности изделий из никелевых сплавов), хром (преимущественно для обработки поверхности изделий из конструкционных сталей) или сплавы на их основе.The bombardment of the surface of the product with plasma ions of a conductive material is accompanied by surface cleaning due to ion etching of the surface and ion heating of the product. The degree of heating is determined by the magnitude of the negative potential supplied to the product and the current of ions bombarding the surface, which in turn is proportional to the current of the vacuum-arc discharge burning in the vapor of the conductive material. When the product surface reaches a temperature specific for each pair of product material and conductive material, the processes of ion heating and surface cleaning of the product stabilize and the process of diffusion and accumulation of ions of the conductive material on the surface of the product begins. Subsequent surface treatment after the process of ion cleaning and heating is carried out in two stages. At the first stage, the process of diffusion and accumulation of ions of the conductive material on the surface of the product is carried out and, depending on the value of the negative potential on the product (φ 2 ), diffusion and accumulation occur either due to accelerated thermostimulated diffusion of plasma ions of the conductive material into the surface of the metal product (φ 2 = 150 ÷ 500) or by deposition on a surface of the ion conductive material (φ 2 = 0 ÷ 150 V), which allows to obtain a modified surface region of the article (diffusion) layer pa personal depth based on the elements of the base material and a conductive material, or a diffusion layer with the outer layer of a conductive material. Zirconium is used as a conductive material (mainly for treating the surface of products made of titanium alloys), titanium (mainly for treating the surface of products from nickel alloys), chromium (mainly for treating the surface of products from structural steels) or alloys based on them.
Таким образом, на первой стадии процесса в поверхностном слое металлического изделия формируется модифицированный (диффузионный) слой или диффузионный слой с внешней прослойкой из токопроводящего материала, обладающие высокой коррозионной стойкостью в условиях солевой коррозии.Thus, at the first stage of the process, a modified (diffusion) layer or diffusion layer with an outer layer of conductive material is formed in the surface layer of the metal product, which has high corrosion resistance under conditions of salt corrosion.
После завершения первой стадии обработки поверхности металлического изделия в плазме токопроводящего материала в зону обработки подают реакционный газ. На второй стадии проводят процесс накопления и диффузии на поверхности металлического изделия ионов плазмы токопроводящего материала в среде реакционного газа или смеси газов при давлении 0,1-0,66 Па и при отрицательном потенциале на изделии в диапазоне 150-500 В (φ2). При этом на поверхности изделия имеет место осаждение соединений на основе токопроводящего материала (нитридов, карбидов, карбонитридов, оксикарбонитридов), обладающих высокой микротвердостью (20-45 ГПа) и высокой эрозионной стойкостью в пылевоздушном потоке, высокой жаростойкостью и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Причем время первой и второй стадий обработки поверхности металлического изделия выбирают из соотношения 1:(2-7), что обеспечивает получение на второй стадии процесса эрозионно-стойких слоев толщиной 10-30 мкм.After completion of the first stage of surface treatment of a metal product in a plasma of conductive material, reaction gas is supplied to the treatment zone. At the second stage, the process of accumulation and diffusion of plasma ions of a conductive material on the surface of a metal product in a reaction gas or gas mixture at a pressure of 0.1-0.66 Pa and with a negative potential on the product in the range of 150-500 V (φ 2 ). At the same time, deposition of compounds based on conductive material (nitrides, carbides, carbonitrides, oxycarbonitrides) with high microhardness (20-45 GPa) and high erosion resistance in dust-air flow, high heat resistance, and satisfactory corrosion resistance takes place on the surface of the product. Moreover, the time of the first and second stages of surface treatment of a metal product is selected from a ratio of 1: (2-7), which ensures that erosion-resistant layers with a thickness of 10-30 μm are obtained at the second stage of the process.
В целом на поверхности изделия формируется система покрытий, состоящая из диффузионного коррозионного слоя или диффузионного коррозионного слоя с прослойкой из токопроводящего материала и внешнего эрозионно-стойкого покрытия на основе соединений токопроводящего материала с реакционным газом. Для получения системы покрытий с низким уровнем остаточных напряжений в процессе второй стадии обработки поверхности металлического изделия один или несколько раз прерывают подачу реакционного газа на время, равное 0,02-0,12 от продолжительности второй стадии. Это обеспечивает получение в поверхностном слое изделия остаточных напряжений на уровне 0,8-1,5 ГПа благодаря образованию в твердом поверхностном слое пластичных прослоек из токопроводящего материала и в целом высокий уровень усталостной прочности изделия. Использование в качестве реакционного газа азота или ацетилена или смеси азота с ацетиленом при соотношении (9-1):1 и давлении 0,1-0,66 Па или смеси из азота, ацетилена и кислорода при соотношении (8-1):(8-1):1 и давлении 0,1-0,66 Па способствует для каждого конкретного случая обработки поверхности на второй стадии процесса формированию на модифицированной поверхности изделия соединения токопроводящего материала с реакционным газом, обладающего максимальной эрозионной стойкостью в пылевоздушном потоке.In general, a coating system is formed on the surface of the product, consisting of a diffusion corrosion layer or a diffusion corrosion layer with a layer of conductive material and an external erosion-resistant coating based on compounds of the conductive material with the reaction gas. To obtain a coating system with a low level of residual stresses during the second stage of surface treatment of a metal product, the flow of reaction gas is interrupted one or more times for a time equal to 0.02-0.12 of the duration of the second stage. This ensures that residual stresses of 0.8-1.5 GPa are obtained in the surface layer of the product due to the formation of plastic layers of conductive material in the solid surface layer and a generally high level of fatigue strength of the product. The use of nitrogen or acetylene or a mixture of nitrogen with acetylene as a reaction gas at a ratio of (9-1): 1 and a pressure of 0.1-0.66 Pa or a mixture of nitrogen, acetylene and oxygen at a ratio of (8-1) :( 8 -1): 1 and a pressure of 0.1-0.66 Pa, for each specific case of surface treatment in the second stage of the process, promotes the formation on the modified surface of the product of a compound of conductive material with a reaction gas having maximum erosion resistance in a dusty air stream.
Таким образом, двухстадийная обработка поверхности металлического изделия в плазме токопроводящего материала обеспечивает формирование на поверхности изделия системы покрытий (внутреннего модифицированного и внешнего твердого эрозионно-стойкого слоя), обладающей высокими значениями эрозионной стойкости при сохранении жаростойкости, стойкости к солевой коррозии и высокой усталостной прочности.Thus, a two-stage surface treatment of a metal product in a plasma of a conductive material ensures the formation of a coating system (internal modified and external solid erosion-resistant layer) on the product surface that has high values of erosion resistance while maintaining heat resistance, resistance to salt corrosion and high fatigue strength.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Примеры 1-3. Для обработки поверхности изделия, например рабочей лопатки компрессора газотурбинного двигателя из титанового сплава ВТ8М1 и образцов из этого же сплава, проводили удаление загрязнений и обезжиривание поверхности лопатки и образцов, после этого размещали в зоне обработки лопатку, образцы и токопроводящий материал, создавали в зоне обработки вакуум при давлении Р≤10-2 Па. В качестве токопроводящего материала использовали цирконий или сплав на его основе. Затем подавали отрицательный потенциал на токопроводящий материал φ1=-(30-90) В и отдельно на лопатку и образцы φ2=-(250-500) В, после чего одним из известных способов, например путем разрыва токового контакта на токопроводящем материале, возбуждали вакуумную дугу, горящую в парах токопроводящего материала с образованием плазмы, и начинали процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала для очистки и ионного нагрева поверхности обрабатываемых изделий при φ2=-500 В и токе вакуумной дуги 250 А. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 500°С длился 3 минуты, после чего проводили диффузию и накопление в поверхности обрабатываемых изделий ионов токопроводящего материала в течение 15 минут при φ2=-300 В и токе вакуумной дуги 300 А при температуре поверхности изделия 480-500°С. Затем в плазму токопроводящего материала подавали реакционный газ (азот) и проводили накопление и диффузию токопроводящего материала на поверхности изделия путем его преимущественного осаждения в среде реакционного газа (азота) при давлении 0,4 Па, причем время первой и второй стадий обработки поверхности металлического изделия выбирали из соотношений 1:2, 1:4, 1:7 и в процессе второй стадии обработки металлического изделия один или два раза прерывали подачу реакционного газа на время, равное 0,02, 0,07, 0,12 от продолжительности второй стадии процесса.Examples 1-3. To process the surface of the product, for example, the working blade of the compressor of a gas turbine engine made of VT8M1 titanium alloy and samples of the same alloy, contaminants were removed and the surface of the blade and samples was degreased, then a blade, samples and conductive material were placed in the processing zone, a vacuum was created in the processing zone at a pressure of P≤10 -2 Pa. As a conductive material used zirconium or an alloy based on it. Then a negative potential was applied to the conductive material φ 1 = - (30-90) V and separately to the blade and samples φ 2 = - (250-500) V, after which one of the known methods, for example, by breaking the current contact on the conductive material, They excited a vacuum arc burning in the vapor of a conductive material with the formation of plasma, and began the process of ion bombardment of the surface of the product with ions of conductive material for cleaning and ion heating of the surface of the processed products at φ 2 = -500 V and a vacuum arc current of 250 A. The cleaning process The surfaces of the processed products and their heating to a temperature of 500 ° C lasted 3 minutes, after which the diffusion and accumulation of conductive material ions in the surface of the processed products was carried out for 15 minutes at φ 2 = -300 V and a vacuum arc current of 300 A at a surface temperature of 480 -500 ° C. Then, reaction gas (nitrogen) was supplied to the plasma of the conductive material, and the conductive material was accumulated and diffused on the surface of the product by its predominant deposition in the medium of the reaction gas (nitrogen) at a pressure of 0.4 Pa, and the time of the first and second stages of surface treatment of the metal product was chosen from the ratios 1: 2, 1: 4, 1: 7 and during the second stage of processing a metal product, the supply of reaction gas was interrupted one or two times for a time equal to 0.02, 0.07, 0.12 of the duration of the second stage, percent essa.
Глубину модифицированного слоя определяли металлографическим анализом по микрошлифам, изготовленным из образцов титанового сплава ВТ8М-1. Испытания образцов на жаростойкость проводили при температуре 600°С в спокойной атмосфере печи при выдержке до 500 ч. Критерием жаростойкости было время выдержки до образования дефектов на поверхности образца. Испытания на солевую коррозию проводили по методике ускоренных циклических испытаний в 3% растворе NaCl при температуре нагрева, равной 600°С. В каждом цикле испытаний образцы выдерживали в печи на воздухе при Т=600°С в течение 1 часа, затем образцы подстуживались на воздухе 1,5÷2 мин и окунались в 3% раствор NaCl, а далее выдерживались во влажном эксикаторе 22÷24 часа. Количество циклов испытаний равно 10. После каждого цикла испытаний проводили осмотр образцов (визуально и с помощью бинокулярного микроскопа) и их взвешивание на аналитических весах. Коррозионную стойкость оценивали как отношение площади образца, подверженной коррозии к площади образца в процентах после каждого цикла испытаний. Испытания на эрозию проводились по методике сравнительных испытаний. В качестве эрозионной среды использовали кварцевый песок Люберецкого карьера со средним размером частиц ~300 мкм. Скорость частиц в потоке составляла ~20 м/с. Экспозиции подвергалась одна сторона плоского образца размером 25×25 мм. Эрозионный унос материала в процессе испытаний определялся гравиметрическим методом при двух различных ориентациях плоскости образца относительно оси набегающего потока (угол атаки α); α=70° (обтекание, близкое к лобовому удару) и α=20° (касательное обтекание).The depth of the modified layer was determined by metallographic analysis using microsections made of VT8M-1 titanium alloy samples. The samples were tested for heat resistance at a temperature of 600 ° С in a calm atmosphere of the furnace with an exposure time of up to 500 h. The heat resistance criterion was the exposure time until defects were formed on the surface of the sample. Salt corrosion tests were carried out according to the method of accelerated cyclic tests in a 3% NaCl solution at a heating temperature of 600 ° C. In each test cycle, the samples were kept in an oven in air at Т = 600 ° С for 1 hour, then the samples were quenched in air for 1.5–2 min and dipped in a 3% NaCl solution, and then kept in a wet desiccator for 22–24 hours . The number of test cycles is 10. After each test cycle, samples were examined (visually and using a binocular microscope) and weighed on an analytical balance. Corrosion resistance was evaluated as the ratio of the area of the sample subject to corrosion to the area of the sample in percent after each test cycle. Erosion tests were carried out according to the method of comparative tests. As the erosion medium, quartz sand of the Lyubertsy quarry with an average particle size of ~ 300 μm was used. The particle velocity in the flow was ~ 20 m / s. One side of a flat sample 25 × 25 mm in size was exposed. The erosive ablation of the material during the tests was determined by the gravimetric method for two different orientations of the sample plane relative to the incident flow axis (angle of attack α); α = 70 ° (flow close to the frontal impact) and α = 20 ° (tangent flow).
Примеры 4-6. Пример аналогичен примеру 1-3, но в качестве изделия использовали изделие, выполненное из конструкционной стали (ЭП866), а в качестве токопроводящего материала использовали хром, а реакционного газа - ацетилен.Examples 4-6. The example is similar to example 1-3, but the product used was a product made of structural steel (EP866), and chromium was used as the conductive material, and acetylene was used as the reaction gas.
Примеры 7-9. Пример аналогичен примеру 1-3, но в качестве токопроводящего материала использовали титан, в качестве изделия использовали изделие из сплава на основе никеля, а в качестве реакционного газа использовали азот.Examples 7-9. The example is similar to example 1-3, but titanium was used as a conductive material, a nickel-based alloy product was used as a product, and nitrogen was used as a reaction gas.
Примеры 10. Пример аналогичен примеру 1-3, но в качестве реакционного газа использовали смесь азота с ацетиленом.Examples 10. The example is similar to example 1-3, but a mixture of nitrogen with acetylene was used as the reaction gas.
Примеры 11. Пример аналогичен примеру 1-3, но в качестве реакционного газа использовали смесь трех газов: азота, ацетилена, кислорода.Examples 11. The example is similar to example 1-3, but as the reaction gas used a mixture of three gases: nitrogen, acetylene, oxygen.
Примеры 12-13. Прототип. Для обработки поверхности изделия из титанового сплава ВТ8М-1 и конструкционной стали ЭП866 проводили удаление загрязнений и обезжиривание поверхности лопатки и образцов, после этого размещали в зоне обработки лопатку, образцы и токопроводящий материал (сплав на основе никеля), создавали в зоне обработки вакуум при давлении Р≤10-3 Па. В качестве токопроводящего материала использовали сплав на основе никеля следующего состава, мас.%:Examples 12-13. Prototype. To process the surface of a VT8M-1 titanium alloy product and EP866 structural steel, contaminants were removed and the surfaces of the blades and samples were degreased, then a blade, samples and conductive material (nickel-based alloy) were placed in the processing zone, a vacuum was created in the treatment zone at a pressure P≤10 -3 Pa. As a conductive material used an alloy based on Nickel of the following composition, wt.%:
Al - 7,5Al - 7.5
Cr - 10Cr - 10
Y - 0,3Y - 0.3
Ni - остальное.Ni is the rest.
Затем подавали отрицательный потенциал на сплав на основе никеля φ2=-(30-90) В и отдельно на лопатку и образцы φ2=-500 В, после чего одним из известных способов, например путем разрыва токового контакта, на сплаве на основе никеля возбуждали вакуумную дугу, горящую в парах этого сплава с образованием плазмы сплава на основе никеля, и начинали процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала для очистки и ионного нагрева поверхности обрабатываемых изделий при φ2=-500 В и токе вакуумной дуги 250 А. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 500°С длился 3 минуты, после чего проводили в течение 30 минут диффузию и накопление в поверхности обрабатываемых изделий ионов токопроводящего сплава на основе никеля при φ2=-400 В и токе вакуумной дуги 400 А на глубину 24-25 мкм при температуре поверхности изделия 480-500°С. Затем в течение 18 минут проводили накопление и диффузию токопроводящего материала на поверхности изделия путем его преимущественного осаждения при отрицательном потенциале на изделиях φ2=0 В, что соответствует толщине слоя на поверхности изделия 5-6 мкм.Then a negative potential was applied to the nickel-based alloy φ 2 = - (30-90) V and separately to the blade and samples φ 2 = -500 V, after which one of the known methods, for example, by breaking the current contact, on the nickel-based alloy they excited a vacuum arc burning in the vapor of this alloy with the formation of a nickel-based alloy plasma, and the process of ion bombardment of the surface of the product with ions of conductive material was started to clean and ionically heat the surface of the processed products at φ 2 = -500 V and a current of 250 A. cleaning p the surfaces of the processed products and their heating to a temperature of 500 ° C lasted 3 minutes, after which diffusion and accumulation of nickel-based conductive alloy ions on the surface of the processed products took place for φ 2 = -400 V and a vacuum arc current of 400 A to a depth 24-25 microns at a surface temperature of the product 480-500 ° C. Then, for 18 minutes, the conductive material was accumulated and diffused on the surface of the product by its preferential deposition at a negative potential on the products φ 2 = 0 V, which corresponds to a layer thickness on the product surface of 5-6 μm.
Двухстадийная обработка поверхности металлического изделия, выполненного из титана или сплава на его основе, стали, сплава на основе никеля соответственно в плазме токопроводящих материалов, выполненных из циркония, или титана, или хрома, или сплавов на их основе, приводит по сравнению с прототипом (изделия из сплава ВТ8М1, обработанные в плазме сплава системы Ni-Al-Cr-Y) к многократному повышению эрозионной стойкости при сохранении жаростойкости и коррозионной стойкости. Эрозионная стойкость существенно зависит от толщины внешнего слоя, полученного в среде реакционного газа или смеси газов, которая подбиралась из соотношения времени первой и второй стадий. Так, с увеличением толщины внешнего слоя увеличивается эрозионная стойкость системы металлическое изделие-покрытие. Такой эффект наблюдался вне зависимости от того, из какого материала выполнены металлическое изделие и токопроводящий материал. Также решающим фактором являлось количество прерываний подачи реакционного газа в течение второй стадии, которое обеспечило релаксацию внутренний и остаточных напряжений за счет формирования прослоек из токопроводящего материала. В свою очередь использование в качестве реакционного газа смеси газов азота с аргоном, азота с ацетиленом или смеси азота с ацетиленом и кислородом также приводит к значительному увеличению эрозионной стойкости при сохранении жаростойкости и коррозионной стойкости, однако количество и время прерываний оказывает решающее влияние на уровень остаточных напряжений, что может оказывать влияние на служебные свойства.The two-stage surface treatment of a metal product made of titanium or an alloy based on it, steel, an alloy based on nickel, respectively, in a plasma of conductive materials made of zirconium, or titanium, or chromium, or alloys based on them, results in comparison with the prototype (products from VT8M1 alloy, processed in the plasma of an alloy of the Ni-Al-Cr-Y system) to a multiple increase in erosion resistance while maintaining heat resistance and corrosion resistance. Erosion resistance depends significantly on the thickness of the outer layer obtained in the reaction gas or gas mixture, which was selected from the ratio of the time of the first and second stages. So, with an increase in the thickness of the outer layer, the erosion resistance of the metal product-coating system increases. Such an effect was observed regardless of what material the metal product and the conductive material are made of. Another decisive factor was the number of interruptions in the supply of reaction gas during the second stage, which ensured the relaxation of internal and residual stresses due to the formation of interlayers of conductive material. In turn, the use of a mixture of nitrogen gas with argon, nitrogen with acetylene, or a mixture of nitrogen with acetylene and oxygen as a reaction gas also leads to a significant increase in erosion resistance while maintaining heat resistance and corrosion resistance, however, the number and time of interruptions have a decisive influence on the level of residual stresses , which may affect the service properties.
Применение предлагаемого способа позволит увеличить в два раза ресурс лопаток компрессора газотурбинного двигателя во всеклиматических условиях эксплуатации.The application of the proposed method will double the resource of the compressor blades of a gas turbine engine in all climatic conditions.
Применение изобретения в промышленности для обработки поверхности лопаток компрессора даст значительный экономический эффект. По расчетам авторов эффект составит до 35-40% от их стоимости.The use of the invention in industry for surface treatment of compressor blades will give a significant economic effect. According to the authors, the effect will be up to 35-40% of their value.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007103737/02A RU2340704C2 (en) | 2007-02-01 | 2007-02-01 | Method for fabricated metallic product surface treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007103737/02A RU2340704C2 (en) | 2007-02-01 | 2007-02-01 | Method for fabricated metallic product surface treatment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007103737A RU2007103737A (en) | 2008-08-10 |
| RU2340704C2 true RU2340704C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=39745929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007103737/02A RU2340704C2 (en) | 2007-02-01 | 2007-02-01 | Method for fabricated metallic product surface treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2340704C2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470091C1 (en) * | 2011-11-17 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Method of ionic implantation of surfaces parts from titanium alloys |
| RU2547381C2 (en) * | 2013-08-21 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Method to apply nanocomposite coating onto surface of item from heat-resistant nickel alloy |
| RU2570274C1 (en) * | 2014-09-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of wear-resistant high-temperature coating |
| RU2585580C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for protection against erosion and salt corrosion of blades of turbo machines from alloyed steels |
| RU2700228C1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-09-13 | Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий" | Method of ion-implosion treatment of blades of a blisk of a compressor |
| RU2729807C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-08-12 | Максим Михайлович Харьков | Method of modifying surface of articles made from titanium or alloys thereof |
| RU2769142C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые Технологии Покрытий" | METHOD FOR OBTAINING COATINGS BASED ON THE Ti-Al SYSTEM, SYNTHESIZED IN A MEDIUM OF REACTION GASES |
| RU2777090C1 (en) * | 2022-03-11 | 2022-08-01 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for obtaining an anti-fretting coating |
-
2007
- 2007-02-01 RU RU2007103737/02A patent/RU2340704C2/en active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470091C1 (en) * | 2011-11-17 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Method of ionic implantation of surfaces parts from titanium alloys |
| RU2547381C2 (en) * | 2013-08-21 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Method to apply nanocomposite coating onto surface of item from heat-resistant nickel alloy |
| RU2570274C1 (en) * | 2014-09-04 | 2015-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of wear-resistant high-temperature coating |
| RU2585580C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for protection against erosion and salt corrosion of blades of turbo machines from alloyed steels |
| RU2700228C1 (en) * | 2018-08-20 | 2019-09-13 | Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий" | Method of ion-implosion treatment of blades of a blisk of a compressor |
| RU2729807C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-08-12 | Максим Михайлович Харьков | Method of modifying surface of articles made from titanium or alloys thereof |
| RU2769142C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые Технологии Покрытий" | METHOD FOR OBTAINING COATINGS BASED ON THE Ti-Al SYSTEM, SYNTHESIZED IN A MEDIUM OF REACTION GASES |
| RU2777090C1 (en) * | 2022-03-11 | 2022-08-01 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for obtaining an anti-fretting coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007103737A (en) | 2008-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2340704C2 (en) | Method for fabricated metallic product surface treatment | |
| Parameswaran et al. | Titanium nitride coating for aero engine compressor gas path components | |
| IL47181A (en) | High temperature nicocraiy coatings | |
| US4451431A (en) | Molybdenum-containing high temperature coatings for nickel- and cobalt-based superalloys | |
| CN1986891A (en) | High strength ni-pt-al-hf bondcoat | |
| Badini et al. | Cyclic oxidation in burner rig of TiAlN coating deposited on Ti-48Al-2Cr-2Nb by reactive HiPIMS | |
| US6984458B2 (en) | Method for treating organs subject to erosion by liquids and anti-erosion coating alloy | |
| Sharipov et al. | Increasing the resistance of the cutting tool during heat treatment and coating | |
| CA2205052C (en) | Method of producing reactive element modified-aluminide diffusion coatings | |
| NO170811B (en) | OXYDATION AND HEAT RESISTANT COMPOSITION OBJECTS AND ALLOY MATERIAL | |
| Xie et al. | A study on the mechanical and thermal shock properties of MCrAlY coating prepared by arc ion plating | |
| US6635124B1 (en) | Method of depositing a thermal barrier coating | |
| Shi et al. | Effect of pre-hot salt corrosion on hot salt corrosion fatigue behavior of the TC11 titanium alloy at 500° C | |
| CN101310969A (en) | Aluminum/aluminum oxide/Ni-base superalloy composite coating for titanium-aluminum alloy and preparation method thereof | |
| RU2554828C2 (en) | Application of protective coating on steel article surface | |
| RU2308537C1 (en) | Method of working surface of metallic article | |
| US6143141A (en) | Method of forming a diffusion barrier for overlay coatings | |
| Xu et al. | A novel plasma surface metallurgy: Xu-Tec process | |
| CN112708852A (en) | Method for improving performance of AlCrN coating cutter through in-situ high-energy Ar + etching post-treatment | |
| Kiryukhantsev-Korneev et al. | Healing effect in coatings deposited by hybrid technology of vacuum electro-spark alloying, pulsed cathodic arc evaporation, and magnetron sputtering using Cr3C2-NiAl electrodes | |
| CN1361308A (en) | Ionic TiALN coating for blade of air compressor in naval aircraft engine | |
| RU2415199C1 (en) | Procedure for application of coating | |
| RU2283894C2 (en) | Method of treatment of surface of metal article | |
| RU2445406C1 (en) | Method of processing surface of article made from titanium alloy | |
| Litvinov et al. | Development of a method of applying nanostructured and wear-resistant coatings with high adhesion to the surface of the cutting tool |