RU2402629C2 - Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters - Google Patents
Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402629C2 RU2402629C2 RU2008147485/02A RU2008147485A RU2402629C2 RU 2402629 C2 RU2402629 C2 RU 2402629C2 RU 2008147485/02 A RU2008147485/02 A RU 2008147485/02A RU 2008147485 A RU2008147485 A RU 2008147485A RU 2402629 C2 RU2402629 C2 RU 2402629C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- parts
- titanium nitride
- annealing
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной термической обработке деталей из магнитомягких сталей и сплавов для магнитных систем электрических реактивных двигателей малой тяги (ЭРД МТ), например, стационарных плазменных двигателей (СПД), двигателей с анодным слоем (ДАС) и технологических источников плазмы, подвергаемых дополнительному упрочнению рабочих поверхностей нанесением газотермических покрытий путем плазменного напыления порошков интерметаллидов и керамик.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to vacuum heat treatment of parts made of soft magnetic steels and alloys for magnetic systems of small electric thrust reactors (ERE MT), for example, stationary plasma engines (SPD), engines with anode layer (DAS) and technological sources plasmas subjected to additional hardening of working surfaces by applying thermal spray coatings by plasma spraying of powders of intermetallic compounds and ceramics.
Известны стандартизованные схемы плазменного напыления порошков на упрочняемые или восстанавливаемые детали [ГОСТ 28076-89] в различных отраслях машиностроения. Такие технологии плазменного напыления недостаточно эффективны в случаях упрочнения специальных деталей из магнитомягких сталей или сплавов.Known standardized schemes for plasma spraying of powders on hardened or restored parts [GOST 28076-89] in various branches of engineering. Such plasma spraying technologies are not effective enough in cases of hardening of special parts from soft magnetic steels or alloys.
Известен способ вакуумного отжига деталей магнитопроводов с одновременным ионно-плазменным напылением тончайшего слоя нитрида титана [Патент РФ №2085597, БИ №21, 1997 г.]. Такой известный способ позволяет получать поверхности с достаточно удовлетворительными оптическими коэффициентами и высокими магнитными характеристиками.A known method of vacuum annealing of parts of magnetic cores with simultaneous ion-plasma spraying of the thinnest layer of titanium nitride [RF Patent No. 2085597, BI No. 21, 1997]. Such a known method allows to obtain surfaces with satisfactory optical coefficients and high magnetic characteristics.
Однако данный способ не обеспечивает достаточно высокую эрозионную стойкость деталей в условиях воздействия на их внешние поверхности ускоренного ионного потока плазмы в течение длительных ресурсов работы ЭРД МТ.However, this method does not provide a sufficiently high erosion resistance of the parts under conditions of exposure to their external surfaces of the accelerated ion plasma flow over the long life of the ERM MT.
Известен способ обработки деталей из магнитомягкой стали 10880, принятый за прототип, с плазменным напылением на внешние поверхности Al2O3 толщиной до 400 мкм по подслою химического никеля и заключительным вакуумным отжигом деталей при температуре 880-920°С [Патент РФ №2087552, БИ №23, 1997 г.].A known method of processing parts of soft magnetic steel 10880, adopted as a prototype, with plasma spraying on the outer surfaces of Al 2 O 3 with a thickness of up to 400 μm along a sublayer of chemical nickel and final vacuum annealing of parts at a temperature of 880-920 ° C [RF Patent No. 2087552, BI No. 23, 1997].
Недостатками такого известного способа являются низкая эрозионная стойкость напыленных слоев в зонах местного разогрева деталей, при воздействии ионов ускоренного потока плазмы, до температур выше 700°С, а также склонность к зонному выкрашиванию слоя оксида алюминия при термоциклировании и длительных ресурсных испытаниях ЭРД МТ.The disadvantages of this known method are the low erosion resistance of the deposited layers in the zones of local heating of parts, when exposed to ions of an accelerated plasma flow, to temperatures above 700 ° C, as well as the tendency to zone chipping of an alumina layer during thermal cycling and long-term life tests of MTE.
При создании изобретения решались задачи по созданию напыленных слоев на внешних поверхностях деталей из магнитомягких материалов, образующих магнитные системы ЭРД МТ, с более высокой эрозионной стойкостью в условиях воздействия ускоренного потока плазмы, с более высокой термостойкостью и трещиностойкостью в условиях теплосмен при одновременном обеспечении высоких магнитных характеристик и оптических коэффициентов поверхностей напылений.When creating the invention, the tasks were solved of creating sprayed layers on the external surfaces of parts made of soft magnetic materials forming magnetic systems of electric propulsion systems, with higher erosion resistance under the influence of an accelerated plasma flow, with higher heat resistance and crack resistance under conditions of heat transfer while ensuring high magnetic characteristics and optical coefficients of spraying surfaces.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки деталей магнитопроводов электрических реактивных двигателей малой тяги, включающим механическую обработку до заданного класса чистоты поверхности, высокотемпературный вакуумный отжиг, плазменное напыление подслоя интерметаллида NiTi и слоя из порошка нитрида титана TiN с получением суммарной толщины слоев 200-300 мкм и последующий стабилизирующий отжиг при температурах ниже точки Кюри от 680-720°С в течение 0,5-1,0 часа.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of processing the parts of the magnetic circuits of small electric thrust reactive engines, including machining to a given surface cleanliness class, high-temperature vacuum annealing, plasma spraying of a NiTi intermetallic sublayer and a TiN titanium nitride powder layer to obtain a total thickness of 200- 300 microns and subsequent stabilizing annealing at temperatures below the Curie point from 680-720 ° C for 0.5-1.0 hours.
Кроме того, перед напылением слоя нитрида титана проводят зонное упрочнение по рабочим кромкам детали электроискровой обработкой на глубину 0,3 суммарной толщины напыляемого слоя.In addition, before spraying the titanium nitride layer, zone hardening is carried out along the working edges of the part by electric spark treatment to a depth of 0.3 of the total thickness of the sprayed layer.
Дополнительный стабилизирующий отжиг может проводиться в окислительной среде.Additional stabilizing annealing can be carried out in an oxidizing environment.
Поставленные задачи решаются путем применения следующих приемов изготовления и упрочнения деталей из магнитомягких материалов:The tasks are solved by applying the following manufacturing methods and hardening of parts from soft magnetic materials:
- применение дисперсного порошка нитрида титана TiN, имеющего температуру плавления 3200°С, что на 1100°С выше известного Al2O3, который обеспечивает при равной микротвердости более лучшую термостойкость, а также более стабильные терморадиационные оптические свойства поверхностей;- the use of a dispersed powder of titanium nitride TiN, having a melting point of 3200 ° C, which is 1100 ° C higher than the known Al 2 O 3 , which provides, with equal microhardness, better heat resistance, as well as more stable thermal radiation optical properties of surfaces;
- нанесение нитрида титана по подслою интерметаллида (например, никель-титан или никель-алюминий) существенно повышает прочность связи с основой и при выбранной суммарной толщине 200-300 мкм исключает процессы трещинообразования и выкрашивания упрочненного слоя при многочисленном термоциклировании и воздействии знакопеременных тепловых нагрузок;- deposition of titanium nitride over the intermetallic sublayer (for example, nickel-titanium or nickel-aluminum) significantly increases the bond strength with the base and, at a selected total thickness of 200-300 microns, eliminates the processes of cracking and chipping of the hardened layer with numerous thermal cycling and exposure to alternating heat loads;
- проведение стабилизирующего отжига в выбранном интервале температур минимизирует тепловую деформацию тонкостенных деталей и позволяет сохранить оптимальные магнитные свойства при одновременном осветлении наружного слоя от сопутствующих технологии напыления загрязнений;- conducting stabilizing annealing in the selected temperature range minimizes the thermal deformation of thin-walled parts and allows you to maintain optimal magnetic properties while lightening the outer layer from the accompanying technology of spraying contaminants;
- предварительное зонное электроискровое упрочнение на глубину до 0,3 толщины напыления эффективно для деталей с острыми рабочими кромками, испытывающими максимальное температурное воздействие ускоренной плазменной струи ЭРД МТ.- preliminary zone electrospark hardening to a depth of up to 0.3 of the deposition thickness is effective for parts with sharp working edges experiencing the maximum temperature effect of the accelerated plasma jet of the jet engine.
Практическое применение предложенный способ нашел при изготовлении и упрочнении деталей наружных и внутренних магнитных полюсов, тонкостенных каркасов в виде цельных деталей или сборных паяных конструкций, которые образуются из магнитомягкой стали 10880 по ГОСТ 10160-80 и магнитомягких кобальтовых сплавов типа 18КХ, а также из пермендюров 49КФ или 49К2Ф по ТУ 14-1-4188-86.The proposed method found practical application in the manufacture and hardening of parts of external and internal magnetic poles, thin-walled frames in the form of solid parts or prefabricated soldered structures, which are formed from soft magnetic steel 10880 according to GOST 10160-80 and magnetically soft cobalt alloys of the 18KX type, as well as from 49KF permendure or 49K2F according to TU 14-1-4188-86.
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг.1 показаны внешний вид и микроструктура напыленного слоя на магнитных полюсах ЭРД МТ.Figure 1 shows the appearance and microstructure of the sprayed layer on the magnetic poles of the electric propulsion of the MT.
На Фиг.2 приведена конструктивная схема отдельных элементов магнитной системы ЭРД МТ, а именно сборного магнитопровода и каркаса сердечника внутренней катушки намагничивания пайкой.Figure 2 shows a structural diagram of the individual elements of the magnetic system of the ERM MT, namely the prefabricated magnetic circuit and the core frame of the internal magnetization coil by soldering.
На Фиг.3 показана микроструктура слоя напыленного нитрида титана.Figure 3 shows the microstructure of a layer of deposited titanium nitride.
На Фиг.4 приведены оптические коэффициенты поверхностей и класс их шероховатости для напыленных слоев различными материалами.Figure 4 shows the optical coefficients of the surfaces and their roughness class for sprayed layers of various materials.
Изобретение подтверждается примерами практического осуществления, при которых напыление проводили на плазменных установках УПУ-3Д, УПУ-7Д при мощностях плазмотронов 20-35 кВт на плазмообразующем газе аргоне. При этом использовали порошок нитрида титана по ТУ 6-09-112-75 и стандартизованный порошок интерметаллида никель-титан ПН55Т45. Вакуумную термическую обработку проводили в двухколпаковых печах СГВ-2.4/15И2.The invention is confirmed by examples of practical implementation, in which the deposition was carried out on plasma installations UPU-3D, UPU-7D with a plasma torch power of 20-35 kW on a plasma-forming argon gas. In this case, titanium nitride powder according to TU 6-09-112-75 and standardized nickel-titanium intermetallic powder PN55T45 were used. Vacuum heat treatment was carried out in two-bell ovens SGV-2.4 / 15I2.
Изобретение иллюстрируется примерами.The invention is illustrated by examples.
Пример 1. Полюса наружные были изготовлены из электротехнической стали 10880 механической обработкой (например, токарно-фрезерной обработкой) до заданного класса чистоты поверхностей и далее обрабатывали по предложенному способу. После вакуумного отжига при 960°С в течение 3 часов проводили абразивно-струйную подготовку поверхностей, подвергаемых в последующем плазменному напылению с нанесением подслоя никель-титанового порошка ПН55Т45 толщиной 100-110 мкм. После чего напыляли порошок TiN слоем 180-190 мкм и отжигали полюса для стабилизации свойств при 680°С в течение 1 часа в вакууме 10-2 Па (см. Фиг.1, где показаны внешний вид и микроструктура напыленного слоя).Example 1. The outer poles were made of electrical steel 10880 by machining (for example, turning and milling) to a given class of surface cleanliness and then processed by the proposed method. After vacuum annealing at 960 ° C for 3 hours, abrasive-jet preparation of surfaces subjected to subsequent plasma spraying was carried out with a sublayer of nickel-titanium powder PN55T45 100-110 μm thick. Then TiN powder was sprayed with a layer of 180-190 μm and the poles were annealed to stabilize the properties at 680 ° C for 1 hour in a vacuum of 10 -2 Pa (see Figure 1, which shows the appearance and microstructure of the sprayed layer).
В результате были получены слои с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а именно: микротвердость поверхностного слоя была в пределах НУ=1450-1500 с плавным переходом к основе, отслаивания слоя не наблюдалось при изгибах пластинчатых образцов на 140-150°, выкрашивание не наблюдалось при многократном нагреве до 900°С с охлаждением в воде. Измеренные магнитные свойства основы были Нс=55-65 А/м, В1000=1,51-1,52 Т, оптические коэффициенты степени черноты Е=0,72-0,73, коэффициент поглощения солнечной радиации As=0,70-0,77. В сравнении с известным способом надежность и ресурс работы деталей в составе магнитной системы повысились в 1,3 раза.As a result, layers with high physicomechanical and operational properties were obtained, namely: the microhardness of the surface layer was in the range NU = 1450-1500 with a smooth transition to the base, peeling of the layer was not observed when the plate samples were bent by 140-150 °, no chipping was observed upon repeated heating to 900 ° C with cooling in water. The measured magnetic properties of the substrate were Hs = 55-65 A / m, B 1000 = 1.51-1.52 T, optical coefficients of the degree of blackness E = 0.72-0.73, and the absorption coefficient of solar radiation As = 0.70- 0.77. In comparison with the known method, the reliability and service life of parts in the magnetic system increased by 1.3 times.
Пример 2. Каркасы, состоящие из стали 10880 с паяными в вакууме с полюсами наружными изготовленными из пермендюра 49КФ (см. на Фиг.2 позиция 1) и магнитопроводы сварные из материалов 10880-49КФ (см. на Фиг.2 позиция 2), изготовленные механической обработкой до заданного класса чистоты поверхностей впоследствии упрочняли напылением по предложенному способу. После высокотемпературного вакуумного отжига при температуре, соответствующей температуре пайки 1100°С составных частей магнитопроводов, напыляли подслой интерметаллидного порошка толщиной 90-100 мкм, а затем уже нитрида титана толщиной 140-150 мкм. Последующий стабилизирующий отжиг проводили при температуре 720°С в течение 0,5 часа и затем определяли свойства упрочненных слоев. В таблице приведены результаты измерений и производственных испытаний, опытных образцов и деталей.Example 2. Frames consisting of steel 10880 with brazed in vacuum with external poles made of 49KF permendure (see
Обработка позволила сформировать слои повышенной эрозионной стойкости при воздействии на них ускоренной ионной плазмы, при этом деформация деталей была минимальной и не превышала 20-25 мкм, одновременно с этим повысились термостойкость и трещиностойкость покрытия в сравнении с известными способами. Магнитные свойства электротехнической стали 10880 и сплава 49КФ были в пределах регламентированных стандартами. Способ упрочнения оказался также эффективным при напылении слоев по предложенному способу и на детали из ковара и титана ВТ1-0 из состава катодов-компенсаторов, используемых в ЭРД МТ.The treatment allowed the formation of layers of increased erosion resistance when exposed to accelerated ion plasma, while the deformation of the parts was minimal and did not exceed 20-25 microns, at the same time, the heat resistance and crack resistance of the coating increased in comparison with known methods. The magnetic properties of electrical steel 10880 and alloy 49KF were within the limits regulated by standards. The method of hardening was also effective in the deposition of layers according to the proposed method and on parts made of Kovar and titanium VT1-0 from the composition of compensator cathodes used in MTE.
Пример 3. Каркасы, изготовленные механической обработкой до заданного класса чистоты поверхностей из стали 10880, обрабатывали по предложенному способу. После высокотемпературного вакуумного отжига при температуре 960°С в течение 2,5 часов проводили электроискровую обработку рабочих кромок детали на глубину 0,3 толщины слоя на установке «Элитрон», а затем напыляли нитрид титана по подслою интерметаллида никель-титана по всей торцевой поверхности каркаса. Суммарная толщина напыления составила 280 мкм и после окислительного стабилизирующего отжига при температуре 700°С в течение 30 минут практически не изменилась. Одновременно с этим произошло осветление поверхностей напыленного нитрида титана от технологических загрязнений. Микроструктура полученного слоя приведена на Фиг.3, а оптические коэффициенты поверхностей и класс их шероховатости представлены на Фиг.4, которые оказались не хуже, чем характеристики поверхностей с напылением Al2O3, а прочность соединения с основой повысилась на 30-35%. Обработка по предложенному способу позволила изготавливать детали со стабильными магнитными свойствами основы при повышении износостойкости внешних поверхностей в сравнении с известными способами в 1,5-2,0 раза.Example 3. Frames made by machining to a given class of surface cleanliness from steel 10880 were processed by the proposed method. After high-temperature vacuum annealing at a temperature of 960 ° C for 2.5 hours, the working edges of the part were electrosparked to a depth of 0.3 layer thicknesses at the Elitron installation, and then titanium nitride was sprayed over the sublayer of nickel-titanium intermetallic compound over the entire end surface of the frame . The total thickness of the deposition was 280 μm, and after oxidative stabilizing annealing at a temperature of 700 ° C for 30 minutes, it remained practically unchanged. At the same time, clarification of the surfaces of the deposited titanium nitride from technological pollution occurred. The microstructure of the obtained layer is shown in Figure 3, and the optical coefficients of the surfaces and their roughness class are presented in Figure 4, which turned out to be no worse than the characteristics of surfaces coated with Al 2 O 3 , and the strength of the connection with the base increased by 30-35%. Processing according to the proposed method allowed to produce parts with stable magnetic properties of the base while increasing the wear resistance of external surfaces in comparison with known methods in 1.5-2.0 times.
При испытании и осуществлении способа при параметрах процессов за пределами заявляемых достигаемый положительный эффект снижался. Так, при увеличении толщины слоя нитрида титана и подслоя интерметаллида никель - титан суммарно выше 300 мкм повышалась хрупкость, снижалась трещиностойкость при высокой микротвердости. При снижении суммарной толщины ниже 200 мкм несколько снижались оптические свойства поверхности.When testing and implementing the method with process parameters outside the claimed, the achieved positive effect was reduced. Thus, with an increase in the thickness of the titanium nitride layer and the nickel – titanium intermetallic sublayer, a total brittleness increased above 300 μm, and crack resistance decreased at high microhardness. With a decrease in the total thickness below 200 μm, the optical properties of the surface somewhat decreased.
Повышение температуры и времени стабилизирующего отжига после напыления приводило к увеличению тепловой деформации и требовало снижения скорости охлаждения для сохранения высоких магнитных свойств, что дополнительно увеличивало трудоемкость обработки.An increase in the temperature and time of stabilizing annealing after deposition led to an increase in thermal deformation and required a decrease in the cooling rate in order to maintain high magnetic properties, which further increased the complexity of processing.
Таким образом, проведенные опыты и испытания разработанной технологии упрочнения разнообразных по конфигурации деталей ЭРД МТ, изготовленных из различных материалов, показали существенное улучшение всех технологических и эксплуатационных характеристик деталей из магнитомягких сталей и сплавов, применяемых в магнитных системах различных типоразмеров ЭРД МТ.Thus, the conducted experiments and tests of the developed technology for hardening MTE electric motors of various configurations made of various materials showed a significant improvement in all the technological and operational characteristics of parts made of soft magnetic steels and alloys used in magnetic systems of various sizes of MT electric propulsion.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147485/02A RU2402629C2 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008147485/02A RU2402629C2 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008147485A RU2008147485A (en) | 2010-06-10 |
| RU2402629C2 true RU2402629C2 (en) | 2010-10-27 |
Family
ID=42681176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008147485/02A RU2402629C2 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2402629C2 (en) |
-
2008
- 2008-12-01 RU RU2008147485/02A patent/RU2402629C2/en active IP Right Revival
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008147485A (en) | 2010-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112064024B (en) | Diffusion-resistant high-entropy alloy coating material, high-temperature-resistant coating material, and preparation method and application thereof | |
| CN102330095B (en) | Preparation method of Al2O3 coating on surface of steel-matrix material | |
| CN103590008A (en) | Preparation method for Al2O3 diffusion barrier between TiAl alloy and MCrAlY coating | |
| US20160017722A1 (en) | Protective coating for titanium last stage buckets | |
| SE527179C2 (en) | Thin film solar cell or thin film battery, comprising a zirconia coated ferritic chrome strip product | |
| CN103590002A (en) | Preparation method for Al-Cr coating on nickel-based superalloy | |
| CA2916769A1 (en) | Tib2 layers and manufacture thereof | |
| CN105154878B (en) | A kind of α-Al2O3The preparation method of hydrogen infiltration-resistant erosion resisting insulation layer | |
| EP3572623A1 (en) | Dual alloy turbine blade manufactured by metal spray additive manufacturing | |
| CN101724301B (en) | MCrAlY+AlSiY composite coating and preparation technique thereof | |
| CN109136850B (en) | NiCrAlYSc coating and preparation process thereof | |
| KR101353451B1 (en) | Coated steel sheet and method for manufacturing the same | |
| CN112663001B (en) | Titanium alloy blade protective coating and preparation method thereof | |
| RU2402629C2 (en) | Procedure for treatment of parts of magnetic conductors of electric jet-thrusters | |
| KR101819918B1 (en) | Method of Plasma electrolytic oxidation | |
| CN108611590B (en) | Method for preventing Ti alloy workpiece from being seized | |
| Gravanis et al. | Ceramic coatings and laser treatment | |
| JPH0657399A (en) | Ceramic-coating method for metal base material | |
| CN110923636B (en) | Electron beam composite plasma alloying treatment method for surface of gamma-TiAl alloy | |
| CN101275228B (en) | Electroless plating bath and method for producing high-temperature apparatus member using the bath | |
| CN113789496A (en) | Preparation method of self-healing gradient thermal barrier coating | |
| US3627650A (en) | Method for producing a chromium-tungsten coating on tungsten for protection against oxidation at elevated temperatures | |
| GB2117691A (en) | Process for the diffusion bonding of aluminium based materials | |
| RU2181777C2 (en) | Method for making and heat treatment of parts of magnetically soft steels of magnetic systems of electric small-thrust jet propellers | |
| CN111235567A (en) | Rare earth doped material and preparation method of coating thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121202 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131020 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210506 |