Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2452793

(19)

RU

(11)

2452793

(13)

C1

(51) МПК C23C14/06 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011125555/02, 22.06.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

22.06.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 22.06.2011

(45) Опубликовано: 10.06.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2190691 С2, 10.10.2002. RU 2147624 C1, 20.04.2000. SU 1450752 A3, 07.01.1989. US 5993980 A, 30.11.1999.

Адрес для переписки:

105005, Москва, ул. Радио, 17, ФГУП "ВИАМ"

(72) Автор(ы):

Будиновский Сергей Александрович (RU),

Мубояджян Сергей Артемович (RU),

Косьмин Артем Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ИЗ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей от высокотемпературного окисления, в том числе рабочих и сопловых лопаток газовых турбин из никелевых сплавов. Предложен способ защиты деталей газовых турбин из никелевых сплавов. Способ включает последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность детали первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего, мас.%: хром 6-12,0, алюминий 6-12,0, иттрий 0,1-0,5, тантал 1,5-8,0, рений 0,3-2,5, гафний 0,2-1,5, никель - остальное. Далее проводят осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг. Технический результат - повышение жаростойкости покрытия при рабочих температурах деталей газовых турбин из никелевых сплавов до 1200°С. 4 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей от высокотемпературного окисления, в том числе сопловых блоков, створок сопла ГТД с регулируемым вектором тяги, рабочих и сопловых лопаток газовых турбин из никелевых сплавов.

Известен способ осаждения диффузионного алюминидного покрытия, на подложку из никелевого или кобальтового жаропрочного сплава, включающий нанесение диффузионного алюминидного покрытия, содержащего: Al, Si и Hf на подложку для формирования начального слоя алюминидного покрытия, далее нанесение слоя платины, формирование внутреннего слоя алюминидного покрытия и внешнего слоя гамма матрицы Ni, Pt, Si с содержанием компонентов от 0,01 до 8%, вторичные выделения, включающие силициды гафния и кремния (патент США 6291014).

Недостатками способа являются высокая трудоемкость процесса, использование дорогостоящего драгоценного металла - платины, неудовлетворительная жаростойкость покрытия при температурах выше 1100°С.

Известен также способ защиты лопаток газовых турбин, включающий последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность пера лопатки первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего алюминий и карбидообразующие элементы, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг, отличающийся тем, что перед осаждением первого слоя конденсированного покрытия на внешней поверхности пера лопатки формируют керметный слой из никелевого сплава, содержащего алюминий и карбидообразующие элементы путем введения в вакуум углеродсодержащего газа при давлении (0,1-5)·10 -1 Па (патент РФ 2280096).

Недостатком способа является недостаточно высокие жаростойкие свойства покрытия при рабочих температурах до 1200°С.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ защиты лопаток газовых турбин, включающий осаждение в вакууме на внешнюю поверхность пера лопатки первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего хром, алюминий, тантал, иттрий, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг, в котором осаждение первого слоя покрытия производят из никелевого сплава, дополнительно легированного вольфрамом и рением при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром

12-20

Алюминий

6-12

Иттрий

0,1-0,5

Тантал

1,5-8

Вольфрам

0,3-4

Рений

0,3-2,5

Никель

остальное

(патент РФ 2190691).

Недостатком известного способа является недостаточно высокие жаростойкие свойства покрытия при рабочих температурах лопатки из никелевого сплава до 1200°С.

Технической задачей изобретения является повышение жаростойкости покрытия при рабочих температурах деталей газовых турбин из никелевого сплава до 1200°С.

Техническая задача достигается тем, что предложен способ защиты деталей газовых турбин из никелевых сплавов, включающий последовательное осаждение в вакууме на внешнюю поверхность детали первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего хром, алюминий, иттрий, тантал, рений, последующее осаждение второго слоя на основе алюминия и вакуумный отжиг, отличающийся тем, что осаждение первого слоя покрытия производят из никелевого сплава, дополнительно легированного гафнием при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром

6,0-11,5

Алюминий

6,0-12,0

Иттрий

0,1-0,5

Тантал

1,5-8,0

Рений

0,3-2,5

Гафний

0,2-1,5

Никель

остальное

Способ защиты деталей газовых турбин из никелевых сплавов с осаждением первого слоя покрытия из сплава на основе никеля, дополнительно легированного гафнием, позволяет поднять жаростойкость покрытия за счет формирования на границе защищаемый сплав - покрытие карбидов на основе гафния, которые являются более термически стабильными при температурах выше 1100°С, чем карбиды хрома и вольфрама. Карбиды на основе гафния создают барьер, препятствующий диффузии алюминия из сплава покрытия в защищаемый сплав, а также встречной диффузии легирующих элементов защищаемого сплава в покрытие, снижающих жаростойкость при температуре выше 1100°С (титан молибден, кобальт). Кроме того, гафний оказывает положительное влияние на жаростойкость покрытия путем создания на поверхности покрытия окислов, повышающих адгезию защитной пленки оксида алюминия.

Примеры осуществления

Пример 1. Ионно-плазменным методом на внешнюю поверхность соплового блока из никелевого интерметаллидного сплава ВКНА-1В в соответствии с предлагаемым способом нанесли первый слой конденсированного покрытия из никелевых сплавов 1, 2 и 3 системы NiCrAlTaHfReY, состав которых представлен в таблице 1. Затем произвели осаждение второго слоя из алюминия и термообработали в вакууме по режиму 1000-1050°С в течение 3-4 часов детали с покрытиями. Толщина слоя из никелевых сплавов составляла 60-100 мкм, удельный привес алюминия на единицу поверхности 50-60 г/м 2 .

Жаростойкость покрытия определяли по удельному изменению массы, результаты испытаний приведены в табл. 2

Пример 2. Ионно-плазменным методом на внешнюю поверхность створки сопла для ГТД с регулируемым вектором тяги из никелевого интерметаллидного сплава ВКНА-25 в соответствии с предлагаемым способом нанесли первый слой конденсированного покрытия из никелевых сплавов 1, 2 и 3 системы NiCrAlTaHfReY, состав которых представлен в таблице 2. Затем произвели осаждение второго слоя из алюминия и термообработали в вакууме по режиму 1000-1050°С в течение 3-4 часов детали с покрытиями. Толщина слоя из никелевых сплавов составляла 60-100 мкм, удельный привес алюминия на единицу поверхности 50-60 г/м 2 .

Жаростойкость покрытия определяли по удельному изменению массы, результаты испытаний приведены в табл. 3

Пример 3. Ионно-плазменным методом на внешнюю поверхность лопатки газовых турбин из никелевого сплава ВЖМ-4 в соответствии с предлагаемым способом нанесли первый слой конденсированного покрытия из никелевых сплавов 1, 2 и 3 системы NiCrAlTaHfReY, состав которых представлен в таблице 3. Затем произвели осаждение второго слоя из алюминия и термообработали в вакууме по режиму 1000-1050°С в течение 3-4 часов детали с покрытиями. Толщина слоя из никелевых сплавов составляла 60-100 мкм, удельный привес алюминия на единицу поверхности 50-60 г/м 2 .

Жаростойкость покрытия определяли по удельному изменению массы, результаты испытаний приведены в табл. 4

На всех деталях из никелевых сплавов ВКНА-1В, ВКНА-25 и ВЖМ-4 покрытие, полученное с использованием сплава 1, на базе испытаний 400 часов обеспечило наименьшие значения потери массы деталей (таблицы 2, 3, 4) за счет положительного влияния гафния, снижения содержания хрома и исключения вольфрама. Жаростойкость покрытия повысилась более чем в 2 раза.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить жаростойкость покрытия и, следовательно, ресурс и надежность деталей газовых турбин.

Таблица 1

Сплав

Содержание компонентов первого слоя конденсированного покрытия

Ni

Cr

Al

Y

Та

W

Re

Hf

Сплав 1

Осн.

8,0

9,0

0,3

4,8

-

1,4

0,9

Сплав 2

Осн.

6,0

6,0

0,1

1,5

-

0,3

0,2

Сплав 3

Осн.

12,0

12,0

0,5

8,0

-

2,5

1,5

Сплав 4 (прототип)

Осн.

16,0

9,0

0,3

4,8

2,1

1,4

Таблица 2

Покрытие

Кол-во образцов

Время испытания, ч

50

100

150

200

250

300

350

400

Удельное изменение массы, г/м 2

Без покр.

3

-92

-146

-274

-385

Сплав 1

3

-12,42

-26,36

-37,41

-40,87

-49,53

-52,18

-57,76

-62,31

Сплав 2

3

-11,78

25,94

41,22

45,8

-54,33

-58,84

-64,67

-68,45

Сплав 3

3

-3,72

28,16

49,12

54,45

-59,45

-69,78

-72,22

-74,01

Сплав 4

(прототип)

3

-28,2

-40,91

-65,87

-75,43

-99,11

-110

-142

-184

Таблица 3

Покрытие

Кол-во образцов

Время испытания, ч

50

100

150

200

250

300

350

400

Удельное изменение массы, г/м 2

Без покр.

3

-82

-137

-272

-335

Сплав 1

3

-12,52

-26,46

-37,82

-40,37

-49,19

-52,45

-57,46

-62,19

Сплав 2

3

-11,56

25,45

41,85

45,25

-54,15

-58,17

-64,28

-68,93

Сплав 3

3

-3,79

28,46

49,13

54,78

-59,12

-69,45

-72,32

-74,81

Сплав 4

(прототип)

3

-28,97

-40,46

-65,82

-75,29

-99,27

-112

-145

-185

Таблица 4

Покрытие

Кол-во образцов

Время испытания, ч

50

100

150

200

250

300

350

400

Удельное изменение массы, г/м 2

Без покр.

3

-127

-198

-372

-592

Сплав 1

3

-14,52

-28,61

-39,85

-42,87

-51,42

-55,17

-61,78

-67,38

Сплав 2

3

-12,78

31,18

49,44

54,96

-65,19

-70,60

-77,60

-82,14

Сплав 3

3

-4,46

33,72

58,94

65,34

-71,34

-83,76

-86,64

-89,25

Сплав 4

(прототип)

3

-33,84

-49,02

-79,04

-90,51

-118

-132

-170

-220,

Формула изобретения

Способ защиты деталей газовых турбин из никелевых сплавов, включающий осаждение в вакууме на внешнюю поверхность деталей первого слоя конденсированного покрытия из никелевого сплава, содержащего хром, алюминий, иттрий, тантал, рений, последующее осаждение второго слоя из алюминиевого сплава и вакуумный отжиг, отличающийся тем, что осаждение первого слоя покрытия производят из никелевого сплава, дополнительно легированного гафнием, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром

6,0-11,5

Алюминий

6,0-12,0

Иттрий

0,1-0,5

Тантал

1,5-8,0

Рений

0,3-2,5

Гафний

0,2-1,5

Никель

Остальное