RU2442846C2 - Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии и деталь, защищенная указанным способом - Google Patents

Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии и деталь, защищенная указанным способом Download PDF

Info

Publication number
RU2442846C2
RU2442846C2 RU2009102212/02A RU2009102212A RU2442846C2 RU 2442846 C2 RU2442846 C2 RU 2442846C2 RU 2009102212/02 A RU2009102212/02 A RU 2009102212/02A RU 2009102212 A RU2009102212 A RU 2009102212A RU 2442846 C2 RU2442846 C2 RU 2442846C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
diffusion coating
item
coating
chrome
Prior art date
Application number
RU2009102212/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009102212A (ru
Inventor
Пол Мэтью УОЛКЕР (GB)
Пол Мэтью УОЛКЕР
Мик УАЙТХЕРСТ (GB)
Мик УАЙТХЕРСТ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2009102212A publication Critical patent/RU2009102212A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2442846C2 publication Critical patent/RU2442846C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/60—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/04—Diffusion into selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C23C10/38—Chromising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/52—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in one step
    • C23C10/54—Diffusion of at least chromium
    • C23C10/56—Diffusion of at least chromium and at least aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/042—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/10—Deposition of chromium only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/325—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with layers graded in composition or in physical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24926—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including ceramic, glass, porcelain or quartz layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу защиты детали от высокотемпературной коррозии. Способ включает нанесение на деталь хромового диффузионного покрытия и покрытия керамического материала на одну или более выбранные области хромового диффузионного покрытия. Одна или более выбранные области представляют собой области, которые при последующем использовании детали подвергаются воздействию температур ниже первой заданной температуры, не превышающей температуру, выдерживаемую связующим материалом керамического материала. Повышается стойкость детали к высокотемпературной коррозии. 2 н. и 41 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к способу защиты детали от высокотемпературной коррозии и к такому способу, в котором деталь представляет собой лопасть винта газотурбинного двигателя.
Так называемую высокотемпературную коррозию типа I и типа II можно контролировать введением хрома на поверхность детали способом, известным как хромирование. Это создает барьер из диффузионного хрома на подложке детали. Заявка на патент США 6283715, опубликованная 4 сентября 2001, описывает применение такого слоя диффузионного хрома на поверхности лопасти турбины и особенно на участке лопасти под так называемой платформой и на аэродинамическом участке над платформой.
Хотя применение слоя диффузионного хрома самого по себе обеспечивает хорошую защиту от коррозии типа II, защита от высокотемпературной коррозии типа I обычно требует введения диффузионного алюминия, что приводит к модифицированному хромом алюминидному покрытию на поверхности подложки. Такая структура также описана в США 6283715, причем алюминиевый диффузионный слой нанесен на хромовый диффузионный слой в аэродинамической области над платформой. Данный патент также описывает нанесение верхнего слоя в форме керамического покрытия, которое служит как создающее термический барьер покрытие, чтобы изолировать расположенные под ним слои. Данное верхнее покрытие нанесено только на аэродинамический участок лопасти.
Патент США 6270318, опубликованный 7 августа 2001, описывает лопасть турбины, в которой область между платформой и корнем покрыта керамическим верхним покрытием. Патент США 6296447, опубликованный 2 октября 2001, раскрывает лопасть турбины, имеющую верхнюю платформенную поверхность, которая покрыта первым слоем, который может представлять собой слой диффузионного алюминида, за которым следует второй, керамический слой. Похожее расположение покрытий применяют на стороне давления аэродинамической поверхности рассматриваемой лопасти.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставлен способ защиты детали от высокотемпературной коррозии, включающий стадии:
(1) нанесения на деталь хромового диффузионного покрытия и
(2) нанесения покрытия керамического материала на одну или более выбранные области хромового диффузионного покрытия, причем одна или более выбранные области представляют собой области, которые при последующем использовании детали подвергаются воздействию температур ниже первой заданной температуры, не превышающей температуру, выдерживаемую связующим материалом керамического материала.
Керамический материал предпочтительно содержит один или более оксидов металлов в связующем материале. Оксиды металлов могут быть выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, титана и хрома, тогда как связующий материал может представлять собой хромато-фосфатный материал.
Первая заданная температура может равняться приблизительно 800°С.
Стадия (1) может быть такой, что на ней получают хромовое покрытие толщиной от 5 до 25 мкм. На ней можно также получать хромовое диффузионное покрытие, содержащее от 15 до 30 мас.% хрома.
Стадия (1) может включать нанесение хромового диффузионного покрытия на всю деталь, при этом на стадии (2) перед нанесением керамического материала дополнительно можно осуществлять следующие стадии:
(2а) маскирование по меньшей мере выбранных областей;
(2b) нанесение алюминиевого диффузионного покрытия на немаскированные области; и
(2с) удаление маскировки,
при этом нанесение керамического материала на стадии (2d) проводят при окружающей комнатной температуре.
Способ может далее включать между стадиями (2b) и (2с) и после стадии (2d) соответственно стадии:
(2b') термообработки детали при второй заданной температуре, чтобы тем самым сохранить желаемые механические свойства, и
(2d') термообработки керамического покрытия при третьей заданной температуре.
Вторая и третья заданные температуры могут лежать в соответствующих диапазонах 850-1150°С и 100-600°С.
Стадия (2b) может быть такой, что на ней получают модифицированное хромом алюминидное покрытие, имеющее микроструктуру бета-фазы с 15-30 мас.% алюминия и 5-15 мас.% хрома.
Деталь может иметь внутренние поверхности, и стадии (1) и (2b) могут включать нанесение соответственно хромового диффузионного покрытия и алюминиевого диффузионного покрытия на внутренние поверхности.
Деталь может представлять собой лопасть турбины, в случае которой выбранные области, на которые нанесена керамика, могут включать область между платформенным участком и корневым участком лопасти турбины.
Стадия (2а) может включать маскирование выбранных областей и корневого участка.
Во втором аспекте изобретения деталь имеет покрытие, защищающее от высокотемпературной коррозии, причем покрытие включает: хромовое диффузионное покрытие, осажденное на поверхности детали, и покрытие керамического материала, осажденное на одной или более выбранных областях хромового диффузионного покрытия, причем одна или более выбранные области представляют собой такие области, которые при последующем использовании детали подвергаются воздействию температур ниже заданной температуры, не превышающей температуру, выдерживаемую связующим материалом керамического материала.
Деталь может представлять собой лопасть турбины, в случае которой керамическое покрытие может быть осаждено на участке лопасти между ее платформенным участком и корневым участком.
На участок лопасти выше платформенного участка может быть дополнительно нанесено алюминиевое диффузионное покрытие, взаимно диффундирующее в хромовое диффузионное покрытие.
Лопасть турбины может включать внутренний канал, и на внутренний канал может быть нанесено алюминиевое диффузионное покрытие, взаимно диффундирующее в хромовое диффузионное покрытие.
Взаимно диффундирующие алюминиевое и хромовое покрытия могут иметь микроструктуру бета-фазы с 15-30 мас.% алюминия и 5-15 мас.% хрома.
На корневой участок лопасти может быть нанесено хромовое диффузионное покрытие.
Керамический материал предпочтительно содержит один или более оксидов металлов в связующем материале. Оксиды металлов могут быть выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, титана и хрома, тогда как связующий материал может представлять собой хромато-фосфатный материал.
Хромовое диффузионное покрытие может иметь толщину от 5 до 25 мкм и может содержать от 15 до 30 мас.% хрома.
Теперь осуществление изобретения будет описано лишь в виде примера со ссылкой на приложенные чертежи, из которых:
на Фиг.1 представлен вид в перспективе детали по данному изобретению и
на Фиг.2 представлен вид сбоку детали, проиллюстрированной на Фиг.1.
Деталь, показанная на Фиг.1 и 2, представляет собой лопасть турбины. Лопасть включает участок 10 направляющей насадки, который лежит в верхнем конце аэродинамического участка 12. Нижний конец аэродинамического участка ведет в платформенный участок 14, который в свою очередь ведет в корневой участок 16. Корневой участок имеет хорошо известную "елочную" форму для надежной фиксации в диске (не показан), который несет ряд таких лопастей, расположенных бок о бок по его окружности.
Площадь между корнем 16 и платформой 14 в такой типичной лопасти содержит отверстие 18, которое сообщается с одним концом внутреннего канала 20 (показан пунктирными линиями). Данный канал проходит, изгибаясь в обратном направлении на себя, внутри аэродинамического участка 12 и заканчивается своим другим концом в отверстии 22 на направляющей насадке 10. Функция канала заключается в том, чтобы проводить охлаждающую жидкость в аэродинамический участок и из него.
Лопасть в показанном предпочтительном осуществлении изготовлена из суперсплава на никелевой основе с использованием стандартного или включающего направленную кристаллизацию (включая монокристаллическую) способа литья. Типичные сплавы, которые могут быть использованы, представляют собой МаrМ247, IN6203, CM186DC LC и CMSX-4.
Теперь будет описан предпочтительный способ защиты такой лопасти от эффектов высокотемпературной коррозии.
На первой стадии все поверхности - как внешние, так и внутренние - хромируют. В данной обработке осуществляют диффузию хрома в поверхность детали подходящим способом. Это может быть реализовано, например, пакетной цементацией, поверх пакетной цементации или способом CVD (химическое осаждение из газовой фазы). Данная стадия дает поверхностный слой, который богат хромом. Данный слой типично содержит от 15 до 30 мас.% хрома и типично имеет толщину от 5 до 25 микрон.
На второй стадии лопасть маскируют подходящей средой, чтобы предотвратить осаждение алюминидного покрытия, которое будет нанесено позднее, на те поверхности лопасти, которые подлежат покрытию керамическим покрытием (также описано ниже). Такие поверхности далее будут именоваться как "выбранные области". В предпочтительном осуществлении выбранная область представляет собой область между платформой 14 и корнем 16. В данном случае не только маскируют данную выбранную область, но также маскируют корневой участок 16, даже если на него не будет нанесено керамическое верхнее покрытие.
В-третьих, внешние и внутренние поверхности детали алюминируют. В данной обработке - схожей с упомянутой ранее стадией хромирования - проводят диффузию алюминия в хромированную поверхность любым подходящим способом. Это может быть реализовано, например, пакетной цементацией, поверх пакетной цементации или способом CVD. Это дает модифицированное хромом алюминидное покрытие с микроструктурой бета-фазы, типично содержащей 15-30 мас.% алюминия и 5-15 мас.% хрома в покрытии. Другие элементы, присутствующие в покрытии, будут зависеть от материала, образующего подложку детали.
На четвертой стадии маскировку удаляют и деталь термически обрабатывают, чтобы обеспечить сохранение подложкой оптимальных механических свойств. Такая термообработка может включать температуру в диапазоне от 850°С до 1150°С.
В-пятых, на "выбранную область" детали наносят керамическое верхнее покрытие при окружающей комнатной температуре. Такое покрытие может быть нанесено любым из способов: окунанием, окрашиванием с помощью аппликатора (например, кистью или помазком и так далее) или распылением. Подходящий керамический материал представляет собой такой, который содержит один или более оксидов металлов, содержащихся в подходящем связующем материале. Подходящие оксиды представляют собой оксид алюминия, оксид титана и оксид хрома. Связующее предпочтительно принимает форму материала хромато-фосфатного типа.
На заключительной, шестой стадии керамическое покрытие термически обрабатывают или отверждают при подходяще повышенной температуре. Данная температура предпочтительно лежит в диапазоне 100-600°С.
Преимущество добавления связующего к оксидному материалу, образующему керамику, заключается в том, что оно сообщает пластичность покрытию. Это важно ввиду расширения лопасти, которое имеет место, когда она нагревается, находясь в эксплуатации. Без использования связующего покрытие могло бы легко стать хрупким и растрескаться, что в свою очередь допустило бы воздействие на лопасть нежелательных нагрузок окружающей среды.
Найдено, что упомянутый выше связующий материал разлагается выше температуры примерно 800°С. Следовательно, такое керамическое покрытие рассчитано для использования на тех участках детали (в данном случае лопасти турбины), которые подвергаются воздействию температур, меньших чем данная. Хотя это, как правило, исключало бы использование керамики на аэродинамическом участке лопасти, керамику можно было бы безопасно нанести в случае большинства рабочих условий на площади под платформой. Более того, хотя теоретически керамику можно было бы также нанести на елочный корень 16, а также на область между платформой и корнем, на практике лучше воздержаться от этого. Причина этого в том, что зазор между корнем и соответствующими желобками в диске в большинстве случаев меньше, чем толщина керамического покрытия. Более того, торцы (горизонтальные контактные участки) елочного корня испытывают высокие контактные давления в ходе работы, что после продолжительного периода времени приводит к растрескиванию поверхности в металле. Это истирало бы керамическое покрытие в порошок, который в свою очередь действовал бы как клин, чрезвычайно затрудняя удаление лопасти из диска по завершении службы. Следовательно, в предпочтительном осуществлении керамическое покрытие наносят только на область между пунктирными линиями А и В на чертежах.
Завершая описание покрытий, которые присутствуют на лопасти в ее конечном состоянии, корневой участок 16 имеет только хромовое диффузионное покрытие; внешние поверхности области между платформой и корнем (область между пунктирными линиями А и В) имеют хромовое диффузионное покрытие плюс керамическое покрытие, как описано; внешние аэродинамические поверхности имеют хром-алюминированное диффузионное покрытие, и внутренние поверхности лопасти также имеют хром-алюминированное диффузионное покрытие.
Хотя предполагалось, что область лопасти, подлежащая покрытию керамическим слоем, представляет собой область между платформой и корнем, любая другая область может быть подобным образом покрыта, при условии, что она не подвергается воздействию температуры, которая выше, чем температура, которую может выдержать обсуждаемый связующий материал.
Также, хотя изобретение описано и проиллюстрировано в связи с лопастью турбины, оно применимо к другим деталям, которые подвергаются высокотемпературной коррозии.

Claims (43)

1. Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии, включающий стадии:
(1) нанесения на деталь хромового диффузионного покрытия и
(2) нанесения покрытия керамического материала на одну или более выбранные области хромового диффузионного покрытия, причем одна или более выбранные области представляют собой области, которые при последующем использовании детали подвергаются воздействию температур ниже первой заданной температуры, не превышающей температуру, выдерживаемую связующим материалом керамического материала.
2. Способ по п.1, в котором керамический материал содержит один или более оксидов металлов в связующем материале.
3. Способ по п.2, в котором оксиды металлов выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, титана и хрома.
4. Способ по п.2, в котором связующий материал представляет собой хромато-фосфатный материал.
5. Способ по п.3, в котором связующий материал представляет собой хромато-фосфатный материал.
6. Способ по п.4, в котором первая заданная температура равна 800°С.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором на стадии (1) получают хромовое покрытие с толщиной от 5 до 25 мкм.
8. Способ по любому из пп.1-6, в котором на стадии (1) получают хромовое диффузионное покрытие, содержащее от 15 до 30 мас.% хрома.
9. Способ по п.1, в котором стадия (1) включает нанесение хромового диффузионного покрытия на всю деталь, при этом на стадии (2) перед нанесением керамического материала дополнительно осуществляют следующие стадии:
(2а) маскирование по меньшей мере выбранных областей,
(2b) нанесение алюминиевого диффузионного покрытия на немаскированные области и
(2с) удаление маскировки,
при этом нанесение керамического материала на стадии (2d) проводят при окружающей комнатной температуре.
10. Способ по п.9, дополнительно включающий между стадиями (2b) и (2с) и после стадии (2d) соответственно стадии:
(2b') термообработки детали при второй заданной температуре 850-1150°С, чтобы тем самым сохранить желаемые механические свойства, и
(2d') термообработки керамического покрытия при третьей заданной температуре 100-600°С.
11. Способ по п.9, в котором на стадии (2b) получают модифицированное хромом алюминидное покрытие, имеющее микроструктуру бета-фазы, с 15-30 мас.% алюминия и 5-15 мас.% хрома.
12. Способ по любому из пп.9-11, в котором деталь имеет внутренние поверхности, и стадии (1) и (2b) соответственно включают нанесение хромового диффузионного покрытия и алюминиевого диффузионного покрытия на внутренние поверхности.
13. Способ по любому из пп.1-6 или 9-11, в котором деталь представляет собой лопасть турбины.
14. Способ по п.13, в котором выбранные области включают область между платформенным участком и корневым участком лопасти турбины.
15. Способ по любому из пп.9-11, в котором деталь представляет собой лопасть турбины, причем выбранные области включают область между платформенным участком и корневым участком лопасти турбины, а стадия (2а) включает маскирование выбранных областей и корневого участка.
16. Способ по п.12, в котором деталь представляет собой лопасть турбины, причем выбранные области включают область между платформенным участком и корневым участком лопасти турбины, а стадия (2а) включает маскирование выбранных областей и корневого участка.
17. Деталь, имеющая покрытие для защиты от высокотемпературной коррозии, причем покрытие включает:
хромовое диффузионное покрытие, осажденное на поверхности детали, и
покрытие керамического материала, осажденное на одну или более выбранные области хромового диффузионного покрытия, причем одна или более выбранные области представляют собой области, которые при последующем использовании детали подвергаются воздействию температур ниже заданной температуры, не превышающей температуру, выдерживаемую связующим материалом керамического материала.
18. Деталь по п.17, где деталь представляет собой лопасть турбины, и керамическое покрытие осаждено на участке лопасти между ее платформенным участком и корневым участком.
19. Деталь по п.18, в которой на участок лопасти выше платформенного участка дополнительно нанесено алюминиевое диффузионное покрытие, взаимно диффундирующее в хромовое диффузионное покрытие.
20. Деталь по п.19, в которой лопасть турбины включает внутренний канал, и на внутренний канал нанесено алюминиевое диффузионное покрытие, взаимно диффундирующее в хромовое диффузионное покрытие.
21. Деталь по п.19 или 20, в которой взаимно диффундирующие алюминиевое и хромовое покрытия имеют микроструктуру бета-фазы с 15-30 мас.% алюминия и 5-15 мас.% хрома.
22. Деталь по п.19 или 20, в которой на корневой участок лопасти нанесено хромовое диффузионное покрытие.
23. Деталь по п.21, в которой на корневой участок лопасти нанесено хромовое диффузионное покрытие.
24. Деталь по любому из пп.17-20 или 23, в которой керамический материал содержит один или более оксидов металлов в связующем материале.
25. Деталь по п.21, в которой керамический материал содержит один или более оксидов металлов в связующем материале.
26. Деталь по п.22, в которой керамический материал содержит один или более оксидов металлов в связующем материале.
27. Деталь по п.24, в которой оксиды металлов выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, титана и хрома.
28. Деталь по п.25 или 26, в которой оксиды металлов выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, титана и хрома.
29. Деталь по п.24, в которой связующий материал представляет собой хромато-фосфатный материал.
30. Деталь по любому из пп.25-27, в которой связующий материал представляет собой хромато-фосфатный материал.
31. Деталь по п.28, в которой связующий материал представляет собой хромато-фосфатный материал.
32. Деталь по любому из пп.17-20, 23, 25, 26, 27, 29, 31, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
33. Деталь по п.21, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
34. Деталь по п.22, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
35. Деталь по п.24, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
36. Деталь по п.28, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
37. Деталь по п.30, в которой хромовое диффузионное покрытие имеет толщину от 5 до 25 мкм.
38. Деталь по любому из пп.17-20, 23, 25, 26, 27, 29, 31, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
39. Деталь по п.21, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
40. Деталь по п.22, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
41. Деталь по п.24, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
42. Деталь по п.28, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
43. Деталь по п.30, в которой хромовое диффузионное покрытие содержит от 15 до 30 мас.% хрома.
RU2009102212/02A 2006-06-24 2007-05-31 Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии и деталь, защищенная указанным способом RU2442846C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0612576A GB2439313B (en) 2006-06-24 2006-06-24 Method of protecting a component against hot corrosion and a component protected by said method
GB0612576.9 2006-06-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009102212A RU2009102212A (ru) 2010-08-10
RU2442846C2 true RU2442846C2 (ru) 2012-02-20

Family

ID=36803857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009102212/02A RU2442846C2 (ru) 2006-06-24 2007-05-31 Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии и деталь, защищенная указанным способом

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8596985B2 (ru)
EP (1) EP2032733A2 (ru)
CN (1) CN101479398B (ru)
GB (1) GB2439313B (ru)
IN (1) IN2014DN06653A (ru)
RU (1) RU2442846C2 (ru)
WO (1) WO2007147708A2 (ru)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008039969A1 (de) * 2008-08-27 2010-03-04 Mtu Aero Engines Gmbh Turbinenschaufel einer Gasturbine und Verfahren zum Beschichten einer Turbinenschaufel einer Gasturbine
KR101512378B1 (ko) * 2009-09-14 2015-04-16 마이크로 모우션, 인코포레이티드 진동 유량계를 위한 내식성 코팅 및 그 코팅의 제조 방법
RU2469129C1 (ru) * 2011-04-01 2012-12-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Защита-Юг" (ООО НПП "Защита-Юг") Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на детали из жаропрочных сплавов
WO2013070520A2 (en) * 2011-11-03 2013-05-16 Barson Composites Corporation Corrosion-resistant diffusion coatings
US9376916B2 (en) 2012-06-05 2016-06-28 United Technologies Corporation Assembled blade platform
EP2695964B1 (de) * 2012-08-10 2020-05-06 MTU Aero Engines AG Bauteilangepasste Schutzschicht
EP2937438A1 (en) 2014-04-22 2015-10-28 Siemens Aktiengesellschaft Coated turbine component and method of forming a coating on a turbine component
US10584411B2 (en) 2014-07-18 2020-03-10 United Technologies Corporation Chromium-enriched diffused aluminide
EP3075880A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Dual alloy blade
US10533433B2 (en) 2015-07-27 2020-01-14 Pratt & Whitney Canada Corp. Turbine blade with hot-corrosion-resistant coating
US10053779B2 (en) 2016-06-22 2018-08-21 General Electric Company Coating process for applying a bifurcated coating
US10077494B2 (en) 2016-09-13 2018-09-18 General Electric Company Process for forming diffusion coating on substrate
US10711361B2 (en) * 2017-05-25 2020-07-14 Raytheon Technologies Corporation Coating for internal surfaces of an airfoil and method of manufacture thereof
DE102017213553A1 (de) 2017-08-04 2019-02-07 MTU Aero Engines AG Schaufel für strömungsmaschine mit verschiedenen diffusionsschutzschichten und verfahren zur herstellung
US11535560B2 (en) 2019-05-08 2022-12-27 Praxair S.T. Technology, Inc. Chromate-free ceramic coating compositions for hot corrosion protection of superalloy substrates
US11970953B2 (en) 2019-08-23 2024-04-30 Rtx Corporation Slurry based diffusion coatings for blade under platform of internally-cooled components and process therefor
CN110923621B (zh) * 2019-10-31 2022-01-04 中国航发南方工业有限公司 铝铬共渗的防护涂料及其制备方法和应用
US20230340276A1 (en) 2020-11-06 2023-10-26 Irina Belov Chromate-Free Inorganic Coating Systems for Hot Corrosion Protection of Superalloy Substrate
FR3138451A1 (fr) * 2022-07-28 2024-02-02 Safran Procédé d’application de revêtement et aube de turbine avec revêtement appliqué suivant ce procédé

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1696578A1 (ru) * 1989-04-19 1991-12-07 Предприятие П/Я А-1439 Способ химико-термической обработки никелевой ленты
GB2356396A (en) * 1999-10-07 2001-05-23 Rolls Royce Plc A metallic article having a chromised coating and a glass coating
GB2401117A (en) * 2003-05-01 2004-11-03 Rolls Royce Plc A method of preventing aluminising and a mask to prevent aluminising
RU2272089C1 (ru) * 2004-06-07 2006-03-20 Владимир Петрович Панков Способ нанесения комбинированного жаростойкого покрытия на лопатки турбин
GB2421032A (en) * 2004-12-11 2006-06-14 Siemens Ind Turbomachinery Ltd A method of protecting a component against hot corrosion

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1077735A (en) * 1964-08-14 1967-08-02 Power Jets Res & Dev Ltd Coatings for metallic materials
US3948689A (en) * 1969-06-30 1976-04-06 Alloy Surfaces Company, Inc. Chromic-phosphoric acid coated aluminized steel
US4606967A (en) * 1983-10-19 1986-08-19 Sermatech International Inc. Spherical aluminum particles in coatings
JP2595127B2 (ja) * 1990-09-19 1997-03-26 富士通株式会社 金属酸化物膜の形成方法及びフォトマスク原板の製造方法
EP0846788A1 (en) * 1996-12-06 1998-06-10 Siemens Aktiengesellschaft An article having a superalloy substrate and an enrichment layer placed thereon, and methods of its manufacturing
US6296447B1 (en) * 1999-08-11 2001-10-02 General Electric Company Gas turbine component having location-dependent protective coatings thereon
US6270318B1 (en) * 1999-12-20 2001-08-07 United Technologies Corporation Article having corrosion resistant coating
JP3976599B2 (ja) * 2002-03-27 2007-09-19 独立行政法人科学技術振興機構 耐高温腐食性、耐酸化性に優れた耐熱性Ｔｉ合金材料およびその製造方法
US7163718B2 (en) * 2003-10-15 2007-01-16 General Electric Company Method of selective region vapor phase aluminizing
US7314674B2 (en) * 2004-12-15 2008-01-01 General Electric Company Corrosion resistant coating composition, coated turbine component and method for coating same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1696578A1 (ru) * 1989-04-19 1991-12-07 Предприятие П/Я А-1439 Способ химико-термической обработки никелевой ленты
GB2356396A (en) * 1999-10-07 2001-05-23 Rolls Royce Plc A metallic article having a chromised coating and a glass coating
GB2401117A (en) * 2003-05-01 2004-11-03 Rolls Royce Plc A method of preventing aluminising and a mask to prevent aluminising
RU2272089C1 (ru) * 2004-06-07 2006-03-20 Владимир Петрович Панков Способ нанесения комбинированного жаростойкого покрытия на лопатки турбин
GB2421032A (en) * 2004-12-11 2006-06-14 Siemens Ind Turbomachinery Ltd A method of protecting a component against hot corrosion

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009102212A (ru) 2010-08-10
CN101479398B (zh) 2011-11-16
GB2439313B (en) 2011-11-23
EP2032733A2 (en) 2009-03-11
US8596985B2 (en) 2013-12-03
GB2439313A (en) 2007-12-27
WO2007147708A2 (en) 2007-12-27
IN2014DN06653A (ru) 2015-07-10
WO2007147708A3 (en) 2008-03-27
GB0612576D0 (en) 2006-08-02
CN101479398A (zh) 2009-07-08
US20090185912A1 (en) 2009-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2442846C2 (ru) Способ защиты детали от высокотемпературной коррозии и деталь, защищенная указанным способом
US5817371A (en) Thermal barrier coating system having an air plasma sprayed bond coat incorporating a metal diffusion, and method therefor
US20070264126A1 (en) Method of Protecting a Component Against Hot Corrosion
US6440496B1 (en) Method of forming a diffusion aluminide coating
US6435826B1 (en) Article having corrosion resistant coating
EP1199377B1 (en) Protecting a surface of a nickel-base article with a corrosion-resistant aluminum-alloy layer
EP1652965A1 (en) Method for applying chromium-containing coating to metal substrate and coated article thereof
EP3156513B1 (en) Method of coating an article, water soluble plug for preventing hole blockage during coating
RU2168558C2 (ru) Изделие с металлическим основным телом и способ его изготовления
US6881439B2 (en) Aluminide coating process
JP3881489B2 (ja) 超合金製タービン部品の修理方法及び超合金製タービン部品
EP1120480A2 (en) Enhanced coating system for turbine airfoil applications
EP1111192A1 (en) Articles provided with corrosion resistant coatings
US6305077B1 (en) Repair of coated turbine components
GB2401117A (en) A method of preventing aluminising and a mask to prevent aluminising
JP2003239061A (ja) アルミニウム化合物拡散コーティングを修復するための方法
US6444332B1 (en) Metallic article having a protective coating and a method of applying a protective coating to a metallic article
UA65619C2 (en) Turbine blade for gas-turbine engine, a gas-turbine part and methods to increase durability of those
US6896488B2 (en) Bond coat process for thermal barrier coating
JP2005526907A (ja) 遮蔽層を有する構成部材
JP2001303270A (ja) 補修可能な拡散アルミナイド皮膜
EP2781561B1 (en) Treated coated article and process of treating a coated article
US11873736B2 (en) Turbine part made of superalloy comprising rhenium and/or ruthenium and associated manufacturing method
US20070231586A1 (en) Method for Producing a Corrosion-Resistant and Oxidation-Resistant Coating and Component Part Having Such a Coating
RU2777682C2 (ru) Деталь турбины из суперсплава с содержанием рения и/или рутения и способ её изготовления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170601