RU2561563C2 - Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава - Google Patents
Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561563C2 RU2561563C2 RU2013157837/02A RU2013157837A RU2561563C2 RU 2561563 C2 RU2561563 C2 RU 2561563C2 RU 2013157837/02 A RU2013157837/02 A RU 2013157837/02A RU 2013157837 A RU2013157837 A RU 2013157837A RU 2561563 C2 RU2561563 C2 RU 2561563C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- heat
- resistant
- free
- nickel alloy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов покрытий с барьерным слоем для защиты от газовой коррозии в условиях температур выше 900°C, и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности. Способ включает формирование карбидного барьерного слоя на поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, при этом формирование карбидного слоя осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и температуре детали от 850 до 10500С, при давлении газовой углеродсодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст. и выдержке в ней от 2 до 10 мин. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и повысить долговечность деталей из безуглеродистых никелевых сплавов. 1 пр., 1 ил.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов покрытий с барьерным слоем для защиты от газовой коррозии в условиях высоких температур (выше 900°C), и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности, где используют детали из безуглеродистых сплавов на никелевой основе.
К безуглеродистым жаропрочным никелевым сплавам относят сплавы с содержанием углерода не более 0,05% (А.В. Логунов. Тенденции разработки и применения Ni- суперсплавов для лопаток ГТД в современных и перспективных силовых установках авиационного назначения // Технологии легких сплавов, №4, 2011 г., с.11-17).
С одной стороны, применение данных сплавов позволяет повысить температуру на поверхности детали (изделия), в частности, использование данных сплавов для турбинных лопаток газотурбинного двигателя позволяет повысить температуру рабочего газа перед турбиной и, как следствие, снизить удельную массу двигателя и удельный расход топлива при одновременном увеличении удельной тяги, а с другой стороны, особенности элементного состава безуглеродистых жаропрочных сплавов на никелевой основе приводят при воздействии высоких температур (выше 900°C) к формированию в поверхностном слое детали под алюминидным покрытием так называемой вторичной реакционной зоны (ВРЗ), содержащей топологически плотноупакованные (ТПУ) фазы и снижающей характеристики жаропрочности сплавов и долговечность изготавливаемых из них деталей. В связи с этим на поверхности деталей формируют барьерные покрытия, снижающие интенсивность образования ВРЗ (С.А. Мубояджян и др. Высокотемпературные жаростойкие покрытия и жаростойкие слои для теплозащитных покрытий. Авиационные материалы и технологии №1, 2013, 17-20 с.)
Известен способ получения комплексного жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов, включающий насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости лопатки порошковой смесью или газовой средой, нагрева и выдержки лопатки с заполненной внутренней полостью и последующее нанесение диффузионного алюминидного покрытия (см. патент RU №2349678, кл. C23C 10/48, опубл. 20.03.2009).
Недостатки известного способа - высокая трудоемкость из-за операций очистки деталей после химико-термической обработки и недостаточная долговечность детали с покрытием, полученным данным способом, из-за недостаточной для торможения взаимной диффузии элементов покрытия и сплава толщины карбидного слоя и из-за возможности накопления на поверхности детали слоя пиролитического углерода, экранирующего металл от поступления атомов углерода в поверхностный слой детали, что приводит к нестабильным характеристикам науглероживания поверхности детали, такими как удельный привес углерода и глубина образования карбидных частиц.
Технический результат предложенного способа - снижение трудоемкости и повышение долговечности деталей из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава, включающем формирование карбидного барьерного слоя на поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, согласно изобретению, формирование карбидного слоя осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и при давлении газовой углеродсодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст.
Заявленная совокупность признаков является существенной, так как использование вакуумной среды при формировании карбидного барьерного слоя обеспечивает отсутствие на поверхности детали слоя пиролитического графита, экранирующего процесс науглероживания (насыщения углеродом) и не предполагает очистку деталей после химико-термической обработки.
При вакууме хуже 10-1 мм рт.ст. эффективность науглероживания снижается. Создание вакуума лучше 10-5 мм рт.ст. приводит к удорожанию процесса при незначительном улучшении насыщения поверхности углеродом.
При давлении газовой углеродсодержащей среды менее 0,5 мм рт.ст. процесс насыщения углеродом требует длительного времени. При давлении более 10 мм рт.ст. наблюдается снижение эффективности процесса науглероживания.
На рисунке показана структура барьерного карбидного слоя на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава.
Обозначения на рисунке: 1 - деталь, 2 - барьерный карбидный слой.
Реализация способа рассмотрена на примере получения жаростойкого покрытия на поверхности охлаждаемых рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя, изготовленных из безуглеродистого сплава ВЖМ5 следующего химического состава, мас.%: Ni - осн.; Cr - 4,5; Al - 6,0; W - 6,2; Мо - 2,0; Ti - 0,8; Та - 6,2; Со - 9,3; Re - 3,8; С - 0,07. Данное покрытие может быть получено и на других деталях, например, створках реактивного сопла газотурбинного двигателя.
Осуществляют формирование карбидного барьерного слоя в вакууме. Для этого лопатки помещают в вакуумную установку для цементации, например в известную вакуумную установку для цементации типа «FRVOQ». После загрузки лопаток вначале осуществляют вакуумирование до значения,. например, Р=10-2 мм рт.ст. После вакуумирования осуществляют нагрев лопаток до температуры, например 1000°C. Рекомендуемый диапазон температур нагрева деталей от 850 до 1050°C. После нагрева лопаток до заданной температуры осуществляют наполнение рабочего объема установки углеродсодержащей газовой смесью, например, смесью ацетилена с водородом до давления Р=0,5 мм рт.ст. и выдерживают лопатки в газовой среде при этом давлении в течение 9 минут. Рекомендуемый диапазон времени выдержки лопаток от 2 до 10 минут. После этого проводят откачку отработанной газовой среды и выдерживают лопатки в исходном вакууме 40 минут. Рекомендуемый диапазон времени выдержки от 20 до 90 минут. При этом операции заполнения углеродсодержащей газовой смесью рабочего объема установки, откачки и выдержки лопаток повторяют 5 раз. Рекомендуемый диапазон повторений данных операций от 1 до 9 раз.
В результате насыщения поверхности лопаток углеродом получают барьерный карбидный слой глубиной 15-20 мкм, состоящий из равномерно распределенных в сплаве мелких частиц карбидов легирующих элементов глобулярной формы размером менее 1 мкм (см. рисунок).
После охлаждения лопаток осуществляют их выгрузку из установки. Затем на поверхность лопаток наносят жаростойкое алюминидное покрытие известными методами: шликерным алюмосилицированием, порошковым хромоалитированием, газовым алитированием и др.
Например, на лопатки с полученным карбидным барьерным слоем наносят алюмосилицированное покрытие шликерным методом. В итоге получают покрытие, содержащее жаростойкую внешнюю зону и внутреннюю барьерную зону с карбидным слоем. Полученный карбидный слой является эффективным диффузионным барьером, существенно снижающим в составе алюминидного покрытия интенсивность взаимной диффузии элементов покрытия и сплава.
Результаты испытаний образцов на жаростойкость при температуре 1050°C в течение 850 ч показали, что под покрытием ВРЗ не образуется.
Claims (1)
- Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава, включающий формирование карбидного барьерного слоя путем насыщения поверхности детали в газовой углеродсодержащей среде и последующее нанесение алюминидного покрытия, отличающийся тем, что насыщение поверхности детали осуществляют в вакууме от 10-1 до 10-5 мм рт.ст. и температуре детали от 850 до 1050°С, при давлении газовой углеродосодержащей среды от 0,5 до 10 мм рт.ст. и выдержке в ней от 2 до 10 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013157837/02A RU2561563C2 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013157837/02A RU2561563C2 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013157837A RU2013157837A (ru) | 2015-07-10 |
RU2561563C2 true RU2561563C2 (ru) | 2015-08-27 |
Family
ID=53538022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013157837/02A RU2561563C2 (ru) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2561563C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060193981A1 (en) * | 2005-02-25 | 2006-08-31 | General Electric Company | Apparatus and method for masking vapor phase aluminide coating to achieve internal coating of cooling passages |
RU2349678C2 (ru) * | 2007-04-16 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля |
WO2010056553A2 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature synthesis of integrated coatings for corrosion resistance |
RU2413785C1 (ru) * | 2009-10-28 | 2011-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения покрытия |
RU2471887C1 (ru) * | 2011-10-17 | 2013-01-10 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля |
-
2013
- 2013-12-26 RU RU2013157837/02A patent/RU2561563C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060193981A1 (en) * | 2005-02-25 | 2006-08-31 | General Electric Company | Apparatus and method for masking vapor phase aluminide coating to achieve internal coating of cooling passages |
RU2349678C2 (ru) * | 2007-04-16 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля |
WO2010056553A2 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature synthesis of integrated coatings for corrosion resistance |
RU2413785C1 (ru) * | 2009-10-28 | 2011-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения покрытия |
RU2471887C1 (ru) * | 2011-10-17 | 2013-01-10 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013157837A (ru) | 2015-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5698896B2 (ja) | スラリー状拡散アルミナイド被覆方法 | |
CN105899707B (zh) | 在部件的选择的区域上施加铬扩散涂层的方法 | |
JP2019077953A (ja) | タービン部品のアルミナイジングに用いられるマスカント | |
JP5246745B2 (ja) | 拡散アルミナイド被覆ニッケル基超合金の基材安定化法 | |
EP0010484B1 (fr) | Perfectionnement dans la chromisation des aciers par voie gazeuse | |
US8647713B2 (en) | Method for forming a protective coating containing aluminum on the surface of a metal part | |
GB1602040A (en) | Process for producing protective coatings on metals and metal alloys for use at high temperatures | |
US20110014370A1 (en) | Method for forming a protective coating containing aluminium and zirconium on a metal part | |
US10584411B2 (en) | Chromium-enriched diffused aluminide | |
RU2561563C2 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава | |
RU2667191C1 (ru) | Способ получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов | |
EP2591137B1 (fr) | Procédé pour former un revêtement protecteur à la surface d'une pièce métallique | |
RU2549784C1 (ru) | Способ получения покрытия на детали из безуглеродистого жаропрочного никелевого сплава | |
CN112323066A (zh) | 一种适用于大型构件的扩散阻挡层制备方法 | |
Suzuki et al. | High temperature characteristics of Ir–Ta coated and aluminized Ni-base single crystal superalloys | |
EP3048183A1 (en) | Corrosion resistant coating application method | |
JP2011252228A (ja) | 改良された高温強度を有する耐酸化性部品及び関連する方法 | |
Eslami et al. | Gas phase aluminizing of a nickel base superalloy by a single step HTHA aluminizing process | |
Rabieifar | A Comprehensive Review of Thermal Barrier Coatings Microstructure with Different Platinum-Modified Aluminide Bond Coats | |
CN114585769B (zh) | 由包含铼和/或钌的高温合金制成的飞行器部件及其制造方法 | |
US20160024679A1 (en) | Turbine engine component with a diffused chromium layer | |
Abraimov | Effect of Vacuum Carburizing on the Structure and the Properties of Aluminide Coatings on Nickel Superalloys | |
KR100940331B1 (ko) | 가스터빈용 블레이드의 냉각유로에 대한 감압 기상 증착방법 | |
CN103060748B (zh) | 一种采用包埋渗工艺在Ni基高温合金上制备Hf改性CoAlNi涂层的方法 | |
KR101156135B1 (ko) | 우수한 내산화막을 갖춘 내열 초합금 및 그 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190821 |