RU2667191C1 - Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades - Google Patents
Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667191C1 RU2667191C1 RU2017133791A RU2017133791A RU2667191C1 RU 2667191 C1 RU2667191 C1 RU 2667191C1 RU 2017133791 A RU2017133791 A RU 2017133791A RU 2017133791 A RU2017133791 A RU 2017133791A RU 2667191 C1 RU2667191 C1 RU 2667191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- layer
- coating
- yttrium
- chromium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 6
- -1 aluminum-chromium-yttrium-nickel Chemical compound 0.000 claims abstract description 4
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 17
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 32
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910006281 γ-TiAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001995 intermetallic alloy Substances 0.000 description 1
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010290 vacuum plasma spraying Methods 0.000 description 1
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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии в машиностроении и может использоваться для повышения долговечности деталей из титановых сплавов, работающих при высоких температурах, таких как лопатки последних ступеней компрессора и лопаток газовой турбины авиационных двигателей или газотурбинных установок различного назначения.The invention relates to the field of metallurgy in mechanical engineering and can be used to increase the durability of parts made of titanium alloys operating at high temperatures, such as blades of the last stages of the compressor and blades of a gas turbine of aircraft engines or gas turbine plants for various purposes.
До температуры 600°С титан обладает хорошей коррозионной стойкостью, которая обеспечивается собственной пассивной оксидной пленкой, и диффузионные процессы в значительной мере заторможены. Однако при более высоких температурах ионы титана обладают высокой диффузионной подвижностью, в результате чего резко возрастает скорость окисления жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов титана, которые предназначены для работы при повышенных температурах [О.Н. Гребенюк, М.В. Зенина Окисление интерметаллидного сплава на основе Ti2АlNb при температурах до 800°С // Технология легких сплавов. 2010. №4. С. 36-40].To a temperature of 600 ° C, titanium has good corrosion resistance, which is provided by its own passive oxide film, and diffusion processes are significantly inhibited. However, at higher temperatures, titanium ions have high diffusion mobility, resulting in a sharp increase in the oxidation rate of heat-resistant alloys based on titanium intermetallic compounds, which are designed to operate at elevated temperatures [ON. Grebenyuk, M.V. Zenina Oxidation of an intermetallic alloy based on Ti 2 AlNb at temperatures up to 800 ° C // Light alloy technology. 2010. No4. S. 36-40].
В известном способе (US №5837387 за 1988 г., В32В 15/16) нанесение жаростойкого покрытия осуществляется плазменным напылением слоя сплава системы Ti-Cr-Al в вакууме и защитное покрытие обеспечивается формированием барьерного слоя из γ-TiAl и фазы Лавеса TiCrAl. К недостаткам указанной технологии относятся высокая трудоемкость процесса формирования покрытия с барьером в виде фазы Лавеса TiCrAl, а также большая толщина покрытия и существенное снижение усталостной прочности деталей с покрытием.In the known method (US No. 5837387 for 1988, B32B 15/16), the heat-resistant coating is applied by plasma spraying a Ti-Cr-Al alloy layer in a vacuum and the protective coating is provided by forming a barrier layer of γ-TiAl and Laves TiCrAl phase. The disadvantages of this technology include the high complexity of the process of forming a coating with a barrier in the form of a TiCrAl Laves phase, as well as a large coating thickness and a significant decrease in the fatigue strength of coated parts.
Известен способ получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов, включающий вакуумно-плазменное конденсационное осаждение легирующих элементов хрома, алюминия и иттрия на поверхность лопаток, термическую обработку (RU №2390578 за 2007 г., С23С 14/06). Данный патент взят в качестве прототипа.A known method of obtaining a multilayer protective coating of the blades of turbomachines made of titanium alloys, including vacuum-plasma condensation deposition of alloying elements of chromium, aluminum and yttrium on the surface of the blades, heat treatment (RU No. 2390578 for 2007, C23C 14/06). This patent is taken as a prototype.
К недостаткам технологии, изложенной в патенте, относится наличие в составе покрытия нитридов, карбидов или карбонитридов, обладающих высокой хрупкостью и низкой вязкостью разрушения. В то же время использование при подготовке поверхности лопаток электролитно-плазменного полирования приводит к нестабильности данного процесса, который трудно контролируется и легко переходит в эрозионный съем основного металла.The disadvantages of the technology described in the patent include the presence in the coating composition of nitrides, carbides or carbonitrides with high fragility and low fracture toughness. At the same time, the use of electrolyte-plasma polishing blades during surface preparation leads to instability of this process, which is difficult to control and easily transforms into erosive removal of the base metal.
Технический результат заявленного изобретения - повышение жаростойкости изделий из титановых сплавов при температурах (600-850)°С достигается нанесением высокотемпературного металлического покрытия, обладающего высокими механическими свойствами.The technical result of the claimed invention is to increase the heat resistance of products made of titanium alloys at temperatures (600-850) ° C is achieved by applying a high-temperature metal coating with high mechanical properties.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов, включающем вакуумно-плазменное осаждение легирующих элементов хрома, алюминия и иттрия на поверхность лопаток и термическую обработку, сначала осуществляют вакумно-плазменное конденсационное осаждение первого слоя из легирующих элементов сплава системы алюминий - кремний, а затем - второго слоя из легирующих элементов сплава системы алюминий - хром - иттрий - никель, при этом термическую обработку проводят последовательно после получения каждого слоя при температуре не выше 850°С, причем первый слой защитного покрытия получают составом, содержащим, мас. %: кремний 0,1-1,65; и алюминий - остальное, а второй слой - составом, содержащим, мас. %: алюминий 5-12, хром 20-25, иттрий 0,01-3,0, никель - остальное.The specified technical result is ensured by the fact that in the method of producing a multilayer protective coating of the blades of turbomachines made of titanium alloys, including vacuum-plasma deposition of alloying elements of chromium, aluminum and yttrium on the surface of the blades and heat treatment, vacuum-plasma condensation deposition of the first layer from alloying elements is first carried out an alloy of an aluminum - silicon system, and then a second layer of alloying elements of an alloy of an aluminum - chromium - yttrium - nickel system, while thermally treatment is carried out sequentially after the receipt of each layer at a temperature not higher than 850 ° C, wherein the first protective layer coating composition was prepared containing, by weight. %: silicon 0.1-1.65; and aluminum - the rest, and the second layer is a composition containing, by weight. %: aluminum 5-12, chromium 20-25, yttrium 0.01-3.0, nickel - the rest.
Покрытие может состоять из двух или одного металлических слоев, в зависимости от предъявляемых требований к долговечности. Первое покрытие, содержащее, мас. %: кремний 0,1-1,65; алюминий - остальное и второе покрытие, содержащее, мас. %: хром 20-25, алюминий 5-12, иттрий 0,01-3,0, никель - остальное, наносят конденсационным методом. Основное назначение алюминия в составе первого покрытия состоит в том, чтобы при взаимодействии с титаном сформировать структуру, состоящую из соединений титана TiAl, TiAl3, TiSi2, Ti5Si3, обеспечивающих высокую жаростойкость покрытию и позволяющих сформировать защитную оксидную пленку из оксида алюминия, которая обладает низкой проницаемостью для кислорода и высокой адгезией к поверхности покрытия.The coating may consist of two or one metal layers, depending on the requirements for durability. The first coating containing, by weight. %: silicon 0.1-1.65; aluminum - the rest and a second coating containing, by weight. %: chromium 20-25, aluminum 5-12, yttrium 0.01-3.0, nickel - the rest, is applied by condensation method. The main purpose of aluminum in the composition of the first coating is to, when interacting with titanium, form a structure consisting of titanium compounds TiAl, TiAl 3 , TiSi 2 , Ti 5 Si 3 , which provide high heat resistance to the coating and allow the formation of a protective oxide film of aluminum oxide, which has a low oxygen permeability and high adhesion to the coating surface.
Кремний обеспечивает увеличение коррозионной стойкости покрытия благодаря увеличению адгезии оксидной пленки и уменьшению склонности пленки к скалыванию. Содержание кремния должно быть не выше 1,65% для того, чтобы не допускать образования легкоплавкой эвтектики, которая возможна при выходе за границу верхнего диапазона концентраций. Содержание кремния менее 0,1% недостаточно для заметного улучшения защитных свойств оксидной пленки. Усиление защитных свойств оксидной пленки наблюдается при введении кремния не менее 0,1%.Silicon provides an increase in the corrosion resistance of the coating by increasing the adhesion of the oxide film and reducing the tendency of the film to chipping. The silicon content should be no higher than 1.65% in order to prevent the formation of a low-melting eutectic, which is possible when leaving the border of the upper concentration range. A silicon content of less than 0.1% is not enough to significantly improve the protective properties of the oxide film. Strengthening the protective properties of the oxide film is observed with the introduction of silicon at least 0.1%.
Второй слой покрытия наносят для дополнительного повышения долговечности деталей из титановых сплавов, работающих при более высоких температурах (850-1000)°С или длительной эксплуатации.The second coating layer is applied to further increase the durability of parts made of titanium alloys operating at higher temperatures (850-1000) ° C or long-term operation.
Основное назначение хрома в составе второго слоя покрытия состоит в обеспечении стойкости к коррозии при высоких температурах и предотвращении рассасывания покрытия. Для выполнения этих функций содержание хрома в слое должно быть не ниже 20%. При содержании хрома выше 25% возрастает вероятность формирования охрупчивающих топологически плотноупакованных фаз, которые отрицательно сказываются на механических свойствах материала покрытия.The main purpose of chromium in the composition of the second coating layer is to provide resistance to corrosion at high temperatures and to prevent resorption of the coating. To perform these functions, the chromium content in the layer must be at least 20%. If the chromium content is above 25%, the likelihood of the formation of embrittling topologically close packed phases increases, which negatively affects the mechanical properties of the coating material.
Алюминий, образуя упрочняющую γ'-фазу, обеспечивает хорошую жаростойкость покрытия при высоких температурах. Содержание алюминия должно быть в мас. % 5-12. При выходе за верхнюю границу указанного диапазона (более 12%) ухудшается технологичность покрытия: возрастает количество хрупкой фазы β-NiAl в структуре покрытия, уменьшается адгезия и возрастает пористость. При содержании алюминия менее 5% заметно снижается жаростойкость покрытия. В итоге снижаются защитные свойства покрытия и характеристики его долговечности. Добавку иттрия вводят для улучшения адгезии оксидной пленки, которая более эффективна при комплексном микролегировании покрытия совместно с кремнием.Aluminum, forming a hardening γ'-phase, provides good heat resistance of the coating at high temperatures. The aluminum content should be in wt. % 5-12. When going beyond the upper boundary of the specified range (more than 12%), the processability of the coating deteriorates: the amount of the brittle β-NiAl phase in the coating structure increases, adhesion decreases and porosity increases. When the aluminum content is less than 5%, the heat resistance of the coating is noticeably reduced. As a result, the protective properties of the coating and its durability are reduced. The yttrium additive is introduced to improve the adhesion of the oxide film, which is more effective in the complex microalloying of the coating together with silicon.
Положительный эффект от введения в покрытие иттрия получают при содержании иттрия в количестве не менее 0,01%. При введении иттрия в количестве больше 3,0% не происходит заметного повышения эффективности покрытия. Высокое содержание иттрия может вызвать ухудшение сопротивляемости высокотемпературному окислению.A positive effect from the introduction of yttrium into the coating is obtained when the yttrium content is not less than 0.01%. With the introduction of yttrium in an amount of more than 3.0% there is no significant increase in the effectiveness of the coating. A high yttrium content may cause a deterioration in the resistance to high temperature oxidation.
Никель во втором слое покрытия является основой, в которой, в основном, содержится хром в составе твердого раствора и, кроме того, никель образует жаростойкое соединение NiAl, которое служит источником алюминия для формирования защитной оксидной пленки.Nickel in the second coating layer is the base, which mainly contains chromium in the composition of the solid solution and, in addition, nickel forms a heat-resistant compound NiAl, which serves as a source of aluminum for the formation of a protective oxide film.
Таким образом, алюминид никеля β-NiAl и алюминий первого слоя обеспечивают покрытие запасом алюминия, достаточным для надежной длительной защиты деталей от высокотемпературного окисления в течение назначенного ресурса.Thus, β-NiAl nickel aluminide and aluminum of the first layer provide coating with an aluminum reserve sufficient for reliable long-term protection of parts from high-temperature oxidation during the designated resource.
Термическую обработку деталей с покрытием проводят при температуре не выше 850°С, поскольку при более высоких температурах происходит рост зерна и снижение механических свойств материала деталей.Heat treatment of coated parts is carried out at a temperature not exceeding 850 ° C, since at higher temperatures grain growth and a decrease in the mechanical properties of the material of the parts occur.
Способ реализуется следующим образом. В качестве примера выбран способ формирования покрытия на лопатке ротора компрессора высокого давления авиационного газотурбинного двигателя. Однако, данный способ может быть применен и для деталей, например, изготовленных из интерметаллидных титановых сплавов лопаток ротора турбины низкого давления, работающих при температурах 700-800°С, деталей реактивного сопла второго контура авиадвигателей из титановых орто- или γ-сплавов.The method is implemented as follows. As an example, a method of forming a coating on the rotor blade of a high-pressure compressor of an aircraft gas turbine engine is selected. However, this method can also be applied to parts, for example, low-pressure turbine rotor blades made of intermetallic titanium alloys, operating at temperatures of 700-800 ° C, parts of the jet nozzle of the secondary circuit of aircraft engines made of titanium ortho or γ alloys.
Пример. На деталь газотурбинного двигателя, изготовленного из титанового орто-сплава системы Ti2AlNb, содержащего, мас. %: Аl 11,8; Nb 41,2; Zr 2,2; Mo 0,5; Та 0,8; W 1,2; Si 0,23; С 0,06; Ti - остальное до 100%, наносили конденсационным методом (катодным распылением слитка в вакууме) покрытие на основе алюминия следующего состава, масс %: Si 0,8; Аl - остальное до 100%. Толщина нанесенного покрытия составляла 0,040-0,050 мм. Полученное покрытие имело структуру, состоящую из легированного кремнием твердого раствора Al(Si) на алюминиевой основе. Структура покрытия мелкозернистая. Затем проводили термическую обработку деталей в вакууме при температуре 700°С в течение 2 часов. Получали структуру, состоящую из γ-TiAl, γ1-TiAl3 и включений TiSi2, Ti5Si3. Данное покрытие обеспечивает создание запаса алюминия, достаточного для формирования на поверхности оксидной пленки Аl2О3, а добавка кремния обеспечила высокую адгезию и существенное усиление коррозионной стойкости. Испытания на жаростойкость, проведенные при температуре 700°С, подтвердили высокую сопротивляемость покрытия окислению на воздухе.Example. On a detail of a gas turbine engine made of a titanium ortho-alloy of the Ti 2 AlNb system, containing, by weight. %: Al 11.8; Nb 41.2; Zr 2.2; Mo 0.5; Ta 0.8; W 1.2; Si 0.23; C 0.06; Ti — the rest, up to 100%, was applied by a condensation method (cathodic atomization of an ingot in vacuum) an aluminum-based coating of the following composition, mass%: Si 0.8; Al - the rest is up to 100%. The thickness of the applied coating was 0.040-0.050 mm. The resulting coating had a structure consisting of silicon-doped aluminum-based Al (Si) solid solution. The coating structure is fine-grained. Then, the parts were heat treated in vacuum at a temperature of 700 ° C for 2 hours. A structure was obtained consisting of γ-TiAl, γ 1 -TiAl 3 and inclusions TiSi 2 , Ti 5 Si 3 . This coating provides a sufficient supply of aluminum to form Al 2 O 3 on the surface of the oxide film, and the addition of silicon ensured high adhesion and a significant increase in corrosion resistance. Tests for heat resistance, carried out at a temperature of 700 ° C, confirmed the high resistance of the coating to oxidation in air.
После получения первого слоя покрытия на него наносили второй слой покрытия на основе никеля конденсационным методом вакуумно-плазменного распыления слитка следующего состава, мас. %: Al 11,5; Cr 20; Y 0,6; Ni - остальное до 100%. Затем выполняли термическую обработку в вакууме при температуре 700°С в течение 2 часов. В результате получали комплексное покрытие, состоящее из двух слоев - первый слой на основе соединений титана с алюминием и кремнием и второй слой на основе соединений никеля с алюминием. Суммарная толщина комплексного покрытия составляет 0,05-0,07 мм. Применение данного способа получения покрытия обеспечивает повышение долговечности и ресурса лопаток турбомашин, изготовленных из жаропрочных титановых сплавов, при этом достигается повышение эрозионной стойкости и сопротивления высокотемпературному окислению.After obtaining the first coating layer, a second nickel-based coating layer was applied onto it by the condensation method of vacuum-plasma spraying of an ingot of the following composition, wt. %: Al 11.5; Cr 20; Y 0.6; Ni - the rest is up to 100%. Then, heat treatment was performed in vacuum at a temperature of 700 ° C for 2 hours. The result was a complex coating consisting of two layers — the first layer based on compounds of titanium with aluminum and silicon and the second layer based on compounds of nickel with aluminum. The total thickness of the complex coating is 0.05-0.07 mm. The use of this method of coating provides an increase in the durability and resource of the blades of turbomachines made of heat-resistant titanium alloys, while achieving an increase in erosion resistance and resistance to high temperature oxidation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017133791A RU2667191C1 (en) | 2017-09-28 | 2017-09-28 | Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017133791A RU2667191C1 (en) | 2017-09-28 | 2017-09-28 | Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667191C1 true RU2667191C1 (en) | 2018-09-17 |
Family
ID=63580438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017133791A RU2667191C1 (en) | 2017-09-28 | 2017-09-28 | Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667191C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697758C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-08-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of applying heat-resistant coatings y-mo-o from vacuum-arc discharge plasma |
| RU2716570C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-03-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for sputtering of protective coatings for an intermetallic alloy based on titanium gamma-aluminide |
| CN111850529A (en) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 西安热工研究院有限公司 | Anti-oxidation coating for high-temperature steam valve bolt of generator set and preparation method of anti-oxidation coating |
| RU2790711C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-02-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for manufacturing gas turbine engine blades from deformed blanks of an alloy based on orthorhombic titanium aluminide |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6669989B2 (en) * | 1999-11-01 | 2003-12-30 | International Center For Electron Beam Technologies Of E. O. Paton Electric Welding Institute | Method for producing by evaporation a functionally graded coating with an outer ceramic layer on a metal substrate |
| US20080280130A1 (en) * | 2006-02-16 | 2008-11-13 | Wolfram Beele | Component, an apparatus and a method for the manufacture of a layer system |
| RU2390578C2 (en) * | 2007-11-12 | 2010-05-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys |
| RU2441104C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2441103C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
-
2017
- 2017-09-28 RU RU2017133791A patent/RU2667191C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6669989B2 (en) * | 1999-11-01 | 2003-12-30 | International Center For Electron Beam Technologies Of E. O. Paton Electric Welding Institute | Method for producing by evaporation a functionally graded coating with an outer ceramic layer on a metal substrate |
| US20080280130A1 (en) * | 2006-02-16 | 2008-11-13 | Wolfram Beele | Component, an apparatus and a method for the manufacture of a layer system |
| RU2390578C2 (en) * | 2007-11-12 | 2010-05-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys |
| RU2441104C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2441103C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697758C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-08-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of applying heat-resistant coatings y-mo-o from vacuum-arc discharge plasma |
| RU2716570C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-03-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for sputtering of protective coatings for an intermetallic alloy based on titanium gamma-aluminide |
| CN111850529A (en) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 西安热工研究院有限公司 | Anti-oxidation coating for high-temperature steam valve bolt of generator set and preparation method of anti-oxidation coating |
| CN111850529B (en) * | 2020-07-30 | 2022-07-08 | 西安热工研究院有限公司 | Anti-oxidation coating for high-temperature steam valve bolt of generator set and preparation method of anti-oxidation coating |
| RU2790711C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-02-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for manufacturing gas turbine engine blades from deformed blanks of an alloy based on orthorhombic titanium aluminide |
| RU2790704C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-02-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for manufacturing gas turbine engine blades from deformed blanks of an alloy based on orthorhombic titanium aluminide |
| RU2790704C9 (en) * | 2022-06-15 | 2023-05-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Method for manufacturing gas turbine engine blades from alloy based on orthorhombic titanium aluminide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6168874B1 (en) | Diffusion aluminide bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor | |
| JP4931504B2 (en) | Nickel aluminide coating containing gamma prime phase | |
| US8641963B2 (en) | Economic oxidation and fatigue resistant metallic coating | |
| EP1995350B1 (en) | High temperature component with thermal barrier coating | |
| JP5073982B2 (en) | Nickel aluminide coating containing gamma prime phase | |
| US20060093752A1 (en) | Methods for depositing gamma-prime nickel aluminide coatings | |
| Kim et al. | Oxidation behaviour of gamma titanium aluminides with or without protective coatings | |
| EP1806433A2 (en) | Diffusion barrier layer and methods of forming | |
| JP5264156B2 (en) | Coating system including rhodium aluminide layer | |
| JP5554892B2 (en) | Ni-base superalloy having a coating system containing a stabilizing layer | |
| US11220727B2 (en) | Superalloy based on nickel, monocrystalline blade and turbomachine | |
| JP2008169481A (en) | Metal alloy composition and article comprising the same | |
| JP5905336B2 (en) | Gas turbine blade for power generation, gas turbine for power generation | |
| RU2667191C1 (en) | Method of producing titanium alloy multilayer protective coating of turbomachine blades | |
| JP2005298973A (en) | Nickel based superalloy, composition, article and gas turbine engine blade | |
| EP1411148A1 (en) | Method of depositing a MCrALY-coating on an article and the coated article | |
| JP2005350771A (en) | Nickel aluminide coating with improved oxide stability | |
| US20050118453A1 (en) | Beta-phase nickel aluminide coating | |
| US7378159B2 (en) | Protected article having a layered protective structure overlying a substrate | |
| US6630250B1 (en) | Article having an iridium-aluminum protective coating, and its preparation | |
| JP2014198902A (en) | Bond coat system and coated component | |
| EP3192885B1 (en) | Internally cooled ni-base superalloy component with spallation-resistant tbc system | |
| CN111108264B (en) | Turbine component made of a rhenium and/or ruthenium containing superalloy and related manufacturing method | |
| RU2770263C2 (en) | Turbine part of superalloy with rhenium content and its manufacturing method | |
| EP1215301B1 (en) | Method for treating the bond coating of a component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190731 |