RU2226227C1 - Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion - Google Patents
Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2226227C1 RU2226227C1 RU2002121189/02A RU2002121189A RU2226227C1 RU 2226227 C1 RU2226227 C1 RU 2226227C1 RU 2002121189/02 A RU2002121189/02 A RU 2002121189/02A RU 2002121189 A RU2002121189 A RU 2002121189A RU 2226227 C1 RU2226227 C1 RU 2226227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- dust
- implantation
- salt corrosion
- post
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000428 dust Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 43
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 35
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 8
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Substances CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбиностроении для защиты пера рабочих лопаток компрессора и турбины от солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости и циклической долговечности.The invention relates to mechanical engineering and can be used in aircraft engine building and power turbine building to protect the pen of compressor blades and turbines from salt corrosion, dust and drop-impact erosion while increasing endurance and cyclic durability.
В промышленности известен гальванический способ нанесения никель-кадмиего (NiCd) покрытия на лопатки компрессора ГТД (Петухов А.Н. Усталость замковых соединений лопаток компрессоров // Труды ЦИАМ №1213, 1987.-36с.).The industry knows the galvanic method of applying nickel-cadmium (NiCd) coatings to the blades of a gas turbine compressor (Petukhov AN Fatigue of the lock joints of compressor blades // Transactions of TsIAM No 1213, 1987.-36s.).
Недостатками этого способа являются невысокая устойчивость к солевой коррозии, экологический вред гальванического производства, а также вероятность наводороживания поверхности, обусловливающего снижение выносливости и циклической долговечности.The disadvantages of this method are the low resistance to salt corrosion, environmental damage to galvanic production, as well as the likelihood of hydrogenation of the surface, causing a decrease in endurance and cyclic durability.
Также известен способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии последовательным осаждением в вакууме на поверхность пера первого слоя конденсированного покрытия сплава на основе никеля толщиной от 6 до 25 мкм и второго слоя покрытия на основе алюминия толщиной от 4 до 12 мкм (Полищук И.Е. Структура и свойства газотермических покрытий на основе интерметаллидов системы никель-алюминий // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. науч.тр. НАН Украины, Науч. Совет НАНУ по пробл. "Физика твердого тела". - Киев, 1998).Also known is a method of protecting steel parts of machines from salt corrosion by sequential deposition in vacuum on the pen surface of the first layer of a condensed nickel-based alloy coating with a thickness of 6 to 25 μm and a second aluminum-based coating layer with a thickness of 4 to 12 μm (I. Polishchuk The structure and properties of gas-thermal coatings based on nickel-aluminum system intermetallic compounds // Electron Microscopy and Strength of Materials: Collection of Scientific Products of NAS of Ukraine, Scientific Council of NASU for the Problem of Solid State Physics. - Kiev, 1998).
Недостатками этого способа являются высокая температура отжига (Θ=610°С), которая приводит к изменениям в структуре материала сталей 20Х13, ЭИ961, 15Х11МФ. Кроме того, процесс осаждения таких покрытий характеризуется высокой трудоемкостью (не менее 4 ч на садку) и материалоемкостью, при этом увеличение толщины покрытия должно приводить к снижению ее усталостной и адгезионной прочности.The disadvantages of this method are the high annealing temperature (Θ = 610 ° C), which leads to changes in the structure of the material of steels 20X13, EI961, 15X11MF. In addition, the deposition process of such coatings is characterized by high labor intensity (at least 4 hours per charge) and material consumption, while increasing the thickness of the coating should lead to a decrease in its fatigue and adhesive strength.
Известен способ защиты стальных изделий от солевой коррозии (преимущественно лопаток паровых турбин), включающий последовательное осаждение в вакууме первого слоя из титана толщиной от 0,5 до 5,0 мкм, затем нанесение второго слоя нитрида титана толщиной 6 мкм (Патент РФ №2165475 "Способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии", МПК7 С 23 С 14/16, 30/00, С 22 С 19/05, 21/04, 20.04.2001).A known method of protecting steel products from salt corrosion (mainly the blades of steam turbines), including sequential vacuum deposition of the first titanium layer with a thickness of 0.5 to 5.0 microns, then applying a second layer of titanium nitride with a thickness of 6 microns (RF Patent No. 21545475 " A method of protecting steel parts of machines from salt corrosion ", IPC 7 C 23 C 14/16, 30/00, C 22 C 19/05, 21/04, 04/20/2001).
Основным недостатком этого способа является обеспечение недостаточно высокой стойкости наносимого покрытия к солевой коррозии (в связи с его пористостью) и недостаточной стойкости к капельно-ударной, эрозии из-за малой толщины и твердости. При возможном увеличении толщины покрытия будет происходить снижение ее усталостной и адгезионной прочности.The main disadvantage of this method is the provision of insufficiently high resistance of the coating to salt corrosion (due to its porosity) and insufficient resistance to drip-shock, erosion due to the small thickness and hardness. With a possible increase in the thickness of the coating, a decrease in its fatigue and adhesive strength will occur.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии, осаждение в вакууме первого слоя покрытия из сплава на основе никеля и последующее осаждение второго слоя из сплава на основе алюминия и термообработку детали с покрытием (Патент РФ №2165475, кл. С 23 С 14/16, 20.04.2001).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method of protecting steel parts of machines from salt corrosion, vacuum deposition of the first coating layer of a nickel-based alloy and subsequent deposition of a second layer of an aluminum-based alloy and heat treatment of the coated part (RF Patent No. 2165475, class С 23 С 14/16, 04/20/2001).
Основным недостатком аналога является обеспечение недостаточно надежной защиты изделия от пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости, циклической прочности, что особенно важно при эксплуатации компрессорных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и лопаток паровых турбин.The main disadvantage of the analogue is the provision of insufficiently reliable protection of the product from dust and drip-shock erosion while increasing endurance, cyclic strength, which is especially important when operating compressor blades of gas turbine engines (GTE) and steam turbine blades.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение стойкости покрытия к солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости, циклической прочности и снижении трудоемкости практической реализации.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of the coating to salt corrosion, dust and droplet-impact erosion while increasing endurance, cyclic strength and reducing the complexity of practical implementation.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты стальных деталей машин от солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии, включающем нанесение в вакууме многослойного покрытия, в отличие от прототипа, перед нанесением многослойного покрытия проводят ионную имплантацию ионами азота, а постимплантационный отпуск совмещают с нанесением многослойного покрытия, которое наносят многократным чередованием слоев титана, ε-нитрида титана и α-нитрида титана, причем постимплантационный отпуск и нанесение многослойного покрытия проводят в одном вакуумном объеме за один технологический цикл.The technical result is achieved by the fact that in the method of protecting steel parts of machines from salt corrosion, dust and droplet-impact erosion, including applying a multilayer coating in a vacuum, in contrast to the prototype, before applying a multilayer coating, ion implantation is carried out by nitrogen ions, and postimplantation tempering is combined with applying a multilayer coating, which is applied by repeatedly alternating layers of titanium, ε-titanium nitride and α-titanium nitride, and post-implantation tempering and applying a multilayer coating carried out in one vacuum volume in one technological cycle.
Для исследования стойкости стальных деталей машин от солевой коррозии пылевой и капельно-ударной эрозии были изготовлены образцы из стали 20Х13, которые были подвергнуты ионной имплантации ионами азота с энергией Е=300-1000 эВ и дозой облучения Д=3·1019 ион/см2, последующему постимплантационному отпуску в вакууме при температуре 400°С в течение 1 ч с одновременным нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия на основе титана и нитрида титана с чередованием слоев: первый слой - титан толщиной 1 мкм, второй слой - ε-нитрид титана толщиной 2 мкм, третий слой - δ-нитрид титана толщиной 2 мкм. Слои повторялись 4 раза до обеспечения общей толщины покрытия от 19 до 21 мкм.To study the resistance of steel parts of machines from salt corrosion to dust and drop-impact erosion, samples were made of steel 20X13, which were subjected to ion implantation with nitrogen ions with an energy of E = 300-1000 eV and an irradiation dose of D = 3 · 10 19 ion / cm 2 followed by post-implantation leave in vacuo at a temperature of 400 ° С for 1 h with simultaneous deposition of an ion-plasma multilayer coating based on titanium and titanium nitride with alternating layers: the first layer is titanium 1 μm thick, the second layer is 2-titanium ε-nitride mk Third layer - δ-nitride of titanium 2 microns thick. The layers were repeated 4 times to provide a total coating thickness of 19 to 21 microns.
Стойкость к солевой коррозии исследовалась по ускоренной методике Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ). Сущность методики испытания заключается в ускорении коррозионного процесса под влиянием ионов хлора при высоких и быстроменяющихся температурах и относительной влажности воздуха, приближенных к условиям эксплуатации лопаток. Необходимо заметить, что условия испытаний были выбраны гарантированно жестче, чем реальные условия эксплуатации при сохранении реальных механизмов коррозии.Resistance to salt corrosion was studied using the accelerated methodology of the All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM). The essence of the test procedure is to accelerate the corrosion process under the influence of chlorine ions at high and rapidly changing temperatures and relative humidity, close to the operating conditions of the blades. It should be noted that the test conditions were guaranteed to be tougher than the actual operating conditions while maintaining real corrosion mechanisms.
В процессе испытаний производилось взвешивание образцов на аналитических весах модели ВЛР-200: в исходном состоянии; после испытаний: с продуктами коррозии на поверхности образцов; после удаления коррозионного налета химическим способом.During the tests, the samples were weighed on an analytical balance of the VLR-200 model: in the initial state; after testing: with corrosion products on the surface of the samples; after chemical corrosion has been removed.
Кроме этого проводилась оценка глубины коррозионных повреждений общепринятым металлографическим методом на наклонных шлифах с углом наклона α=3°. Результаты коррозионных испытаний приведены в табл.1 и 2.In addition, the depth of corrosion damage was estimated by the generally accepted metallographic method on inclined sections with an inclination angle α = 3 °. The results of corrosion tests are given in tables 1 and 2.
Анализ результатов сравнительных коррозионных испытаний показал, что наилучшие защитные свойства обеспечивает предлагаемый способ имплантации с последующим постимплантационным отпуском и нанесением многослойного покрытия. Образец, обработанный по предлагаемому способу, характеризуется наименьшей потерей массы и минимальной площадью поверхности, пораженной коррозией. При этом глубина наблюдаемых коррозионных повреждений не превысила толщины покрытия и не достигла основного материала, что свидетельствует о высокой надежности наносимого многослойного покрытия.Analysis of the results of comparative corrosion tests showed that the best protective properties are provided by the proposed method of implantation followed by post-implantation tempering and applying a multilayer coating. A sample processed by the proposed method is characterized by the least mass loss and the minimum surface area affected by corrosion. Moreover, the depth of the observed corrosion damage did not exceed the thickness of the coating and did not reach the base material, which indicates a high reliability of the applied multilayer coating.
Стойкость к пылевой эрозии исследовалась по методике ЦИАМ (Технический отчет ЦИАМ “Экспериментальное исследование износостойкости вакуумных ионоплазменных покрытий в запыленном потоке воздуха” №10790, 1987.-37с.) в пескоструйной установке 12Г-53 струйно-эжекторного типа. Для обдува использовался молотый кварцевый песок с плотностью ρ=2650 кг/м3, твердость HV=12000 МПа. Обдув производился при скорости воздушно-абразивного потока 195-210 м/с, температура потока 265-311К, давление в приемной камере 0,115-0,122 МПа, время воздействия - 120 с, концентрация абразива в потоке до 2-3 г/м3, что несколько выше, чем концентрация пылевых частиц на входе в авиационный двигатель в реальных условиях. Результаты испытания приведены в табл.3. Из таблицы видно, что стойкость к пылевой эрозии у образца, обработанного по предлагаемой методике, увеличилась более чем в восемь раз.Resistance to dust erosion was studied using the TsIAM method (TsIAM Technical Report “Experimental Investigation of the Wear Resistance of Vacuum Ion-Plasma Coatings in a Dusty Airflow” No. 10790, 1987.-37s.) In a 12G-53 sandblasting jet-ejector type. For blowing, ground quartz sand with a density ρ = 2650 kg / m 3 and hardness HV = 12000 MPa were used. Blowing was carried out at an air-abrasive flow velocity of 195-210 m / s, a flow temperature of 265-311K, a pressure in the receiving chamber of 0.115-0.122 MPa, an exposure time of 120 s, an abrasive concentration in the flow of up to 2-3 g / m 3 , which slightly higher than the concentration of dust particles at the entrance to the aircraft engine in real conditions. The test results are shown in table.3. The table shows that the resistance to dust erosion in the sample processed by the proposed method has increased more than eight times.
Стойкость к капельно-ударной эрозии исследовалась по методике МЭИ (Московского энергетического института) на стенде “Эрозия” при соударении жидких частиц размером 800 мкм и скоростью Суд=300 м/с.Resistance to droplet-impact erosion was studied by the method of MPEI (Moscow Power Engineering Institute) at the Erosion stand during the collision of liquid particles with a size of 800 microns and a speed of C beats = 300 m / s.
Результаты исследования приведены в табл.4. Установлено, что стойкость к капельно-ударной эрозии у образца, обработанного по предлагаемой методике, увеличилась в три раза.The results of the study are given in table.4. It was established that the resistance to drip-impact erosion in a sample processed by the proposed method increased three times.
Дополнительно были проведены испытания на выносливость и циклическую прочность образцов из стали 20Х13 на воздухе и коррозионной среде в соответствии с требованиями ГОСТ 9.302-88. В результате эксперимента установлено следующее: при испытаниях на воздухе условный предел выносливости (σ-1) образцов в исходном состоянии (без покрытия) составляет 320 МПа, у образцов, упрочненных по предлагаемому способу, 350 МПа; при испытаниях в коррозионной среде условный предел выносливости образцов в исходном состоянии (без покрытия) составляет 180 МПа, у образцов, упрочненных по предлагаемому способу, 250 МПа.Additionally, endurance and cyclic strength tests were carried out on samples of steel 20X13 in air and a corrosive environment in accordance with the requirements of GOST 9.302-88. As a result of the experiment, the following was established: when tested in air, the conditional endurance limit (σ -1 ) of the samples in the initial state (without coating) is 320 MPa, for samples hardened by the proposed method, 350 MPa; when tested in a corrosive environment, the conditional endurance limit of samples in the initial state (without coating) is 180 MPa, for samples hardened by the proposed method, 250 MPa.
Повышение предела выносливости у обработанных образцов во всех видах испытаний указывает на то, что ионная имплантация азота с последующим постимплантационным отпуском и нанесением многослойного покрытия из чередующихся слоев титана, ε- и α-нитрида титана значительно улучшает усталостные свойства материала как на воздухе, так и в коррозионной среде.An increase in the endurance limit of the treated samples in all types of tests indicates that ion implantation of nitrogen with subsequent post-implantation tempering and applying a multilayer coating of alternating layers of titanium, ε- and α-titanium nitride significantly improves the fatigue properties of the material both in air and in corrosive environment.
Аналогичные результаты также были получены для образцов из материала ЭИ961 и 15Х11МФ.Similar results were also obtained for samples from the material EI961 and 15X11MF.
Достижение технического результата после обработки поверхности детали ионной имплантацией азота с последующим постимплантационным отпуском обусловливается дополнительным нанесением нескольких регулярных микрослоев ε- и α-нитридов титана, разделенных прослойками чистого титана, взамен однослойного покрытия нитрида титана (использованного в прототипе).The achievement of the technical result after surface treatment of the part by ion implantation of nitrogen followed by post-implantation tempering is due to the additional deposition of several regular microlayers of ε- and α-titanium nitrides separated by interlayers of pure titanium, instead of a single-layer coating of titanium nitride (used in the prototype).
Создаваемые титановые микрослои в предлагаемом многослойном покрытии выполняют две функции: прерывают рост столбчатых структур нитрида титана (характерных для однослойных покрытий) и адсорбируют примесные атомы кислорода, углерода и др., которые были внедрены в поверхность при напылении, уменьшая тем самым дефектность покрытия и стабилизируя состав промежуточных ε- и α-нитридных фаз. Кроме того, наносимое многослойное покрытие, благодаря своей высокой адгезионной прочности между слоями, при воздействии внешней циклической нагрузки проявляет хорошие демпфирующие свойства, что обусловливает экспериментально установленное повышение выносливости и циклической долговечности как на воздухе, так и в коррозионной среде.The created titanium microlayers in the proposed multilayer coating have two functions: they interrupt the growth of columnar structures of titanium nitride (typical for single-layer coatings) and adsorb impurity atoms of oxygen, carbon, etc., which were introduced into the surface during sputtering, thereby reducing the defectiveness of the coating and stabilizing the composition intermediate ε- and α-nitride phases. In addition, the applied multilayer coating, due to its high adhesive strength between the layers, exhibits good damping properties when exposed to an external cyclic load, which causes the experimentally established increase in endurance and cyclic durability both in air and in a corrosive environment.
Применение предлагаемого способа обработки ионной имплантацией азота с последующим постимплантационным отпуском, нанесением чередующихся слоев титана, ε- и α-нитрида титана позволяет получить модифицированный слой поверхности глубиной до 80 мкм, необходимый для последующего нанесения покрытия с высокой адгезионной прочностью к основному материалу; покрытия на основе нитрида титана толщиной до 20-40 мкм с повышенной стойкостью к пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном увеличении предела выносливости как на воздухе, так и в коррозионной среде; беспористые покрытия, в результате подавления роста столбчатой структуры (характерной для однослойного покрытия нитрида титана, использованного в прототипе), что обеспечивает коррозионную стойкость получаемого покрытия; существенное снижение трудоемкости получения многослойного покрытия за счет того, что постимплантационный отпуск детали (после операции ионной имплантации) совмещают с операцией нанесения покрытия в одном вакуумном объеме и проводят за один технологический цикл.The application of the proposed method for processing by ion nitrogen implantation followed by post-implantation tempering, applying alternating layers of titanium, ε- and α-titanium nitride allows to obtain a modified surface layer with a depth of up to 80 μm, which is necessary for the subsequent coating with high adhesive strength to the base material; coatings based on titanium nitride with a thickness of up to 20-40 microns with increased resistance to dust and drop-impact erosion while increasing the endurance limit both in air and in a corrosive environment; non-porous coatings, as a result of suppressing the growth of the columnar structure (characteristic of the single-layer coating of titanium nitride used in the prototype), which ensures the corrosion resistance of the resulting coating; a significant reduction in the complexity of obtaining a multilayer coating due to the fact that post-implantation tempering of the part (after the ion implantation operation) is combined with the coating operation in one vacuum volume and is carried out in one technological cycle.
Таким образом, проведенные лабораторные исследования показали, что применение предлагаемого способа ионной имплантации ионами азота с последующим постимплантационным отпуском и нанесением чередующихся слоев титана, ε- и α-нитрида титана позволяет увеличить стойкость к солевой коррозии, пылевой (до 8 раз), капельной эрозии (в 3 раза), получать беспористые многослойные покрытия толщиной до 20-40 мкм с одновременным увеличением предела выносливости как на воздухе (на 30 МПа), так и в коррозионной среде (на 70 МПа), при уменьшении трудоемкости нанесения покрытия, что подтверждает заявленный технический результат.Thus, laboratory studies showed that the use of the proposed method of ion implantation with nitrogen ions followed by post-implantation tempering and the application of alternating layers of titanium, titanium ε- and α-nitride can increase the resistance to salt corrosion, dust (up to 8 times), and drop erosion ( 3 times), to obtain non-porous multilayer coatings up to 20-40 microns thick with a simultaneous increase in the endurance limit both in air (by 30 MPa) and in a corrosive environment (by 70 MPa), while reducing the labor intensity of nan eniya coating, confirming the claimed technical result.
Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method
Обработку поверхности лопаток паровых турбин по описываемому способу проводят после всех формообразующих механических обработок, включая полирование. Лопатку тщательно обезжиривают в ультразвуковой ванне и протирают бензино-ацетоновой смесью. Для удаления остатков влаги лопатку подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре от 60 до 65°С. После сушки лопатку устанавливают в вакуумную камеру, где создают вакуум не ниже 2-104 Па и проводят очистку ионами аргона в течение 12 мин с последующей ионной имплантацией азота по режимуThe surface treatment of the blades of steam turbines according to the described method is carried out after all shaping machining, including polishing. The blade is thoroughly degreased in an ultrasonic bath and wiped with a gasoline-acetone mixture. To remove residual moisture, the blade is subjected to heat treatment in an oven at a temperature of 60 to 65 ° C. After drying, the blade is installed in a vacuum chamber, where a vacuum of at least 2-10 4 Pa is created and argon ions are cleaned for 12 minutes, followed by ion implantation of nitrogen according to the regime
Имплантируемый ион АзотImplantable Nitrogen Ion
Энергия ионов 300-1000 эВIon energy 300-1000 eV
Плотность ионного тока 5-10 мА/см2 The density of the ion current 5-10 mA / cm 2
Доза имплантации ионов 3·1019 ион/см2 The dose of implantation of ions 3 · 10 19 ion / cm 2
После этого в том же рабочем пространстве проводят вакуумный постимплантационный отпуск при температуре 400°С в течение 1 ч, совмещенный с нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия на основе титана и нитрида титана с последовательным чередованием слоев: первый слой - титан толщиной 1 мкм, второй слой - ε-нитрид титана толщиной 2 мкм, третий слой - α-нитрид титана толщиной 2 мкм. Нанесение этих слоев повторяют четыре раза и, тем самым, доводят толщину многослойного покрытия до величины 20±1 мкм. Режимы при нанесении покрытия: ток I=140 А, напряжение U=140 B.After that, vacuum postimplantation tempering is carried out in the same working space at a temperature of 400 ° C for 1 h, combined with the deposition of an ion-plasma multilayer coating based on titanium and titanium nitride with sequential alternation of layers: the first layer is titanium 1 μm thick, the second layer - titanium ε-nitride with a thickness of 2 μm, the third layer is titanium α-nitride with a thickness of 2 μm. The application of these layers is repeated four times and, thereby, the thickness of the multilayer coating is adjusted to a value of 20 ± 1 μm. Modes when coating: current I = 140 A, voltage U = 140 B.
Далее проводят контроль и упаковку готового изделия.Next, control and packaging of the finished product.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121189/02A RU2226227C1 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121189/02A RU2226227C1 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2226227C1 true RU2226227C1 (en) | 2004-03-27 |
Family
ID=32390613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002121189/02A RU2226227C1 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2226227C1 (en) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353778C2 (en) * | 2005-11-03 | 2009-04-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Method for protection of steam and gas turbines blades against salt and gas corrosion, gas-abrasive and drop-impingement erosion |
| RU2388685C1 (en) * | 2008-09-02 | 2010-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for production of ion-plasma nanolayer coating on turbomachine blades from titanium alloys |
| RU2403316C2 (en) * | 2008-05-13 | 2010-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Ion-plasma coating application method |
| RU2413035C2 (en) * | 2008-09-02 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Procedure for ion-plasma nano-layer coating on blades of turbo-machines out of alloyed steel |
| RU2415199C1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Procedure for application of coating |
| RU2552202C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion |
| RU2552201C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of improving erosion resistance of compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloys |
| RU2585149C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"(Университет машиностроения) | Method for nitrogen ion implantation of surfaces of parts made of structural steel |
| RU2655563C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion |
| RU2682265C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy |
| RU2685890C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of hardening treatment of alloyed steel blisk blades |
| RU2685919C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of obtaining a multi-layer protective coating on the blades of a monowheel from a titanium alloy against dust erosion |
| RU2685896C1 (en) * | 2018-05-11 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for application of protective multi-layer coating on turbo engine working blades from titanium alloy |
| RU2685893C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Hardening method for blisk blades made of alloyed steels |
| RU2692356C1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-06-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of applying protective coating on blisk blades from titanium alloy |
| RU2693227C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-01 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys |
| RU2693414C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion |
| RU2769799C1 (en) * | 2021-08-16 | 2022-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blades of a gas turbine engine from titanium alloys with an ultrafine-grained structure from dust abrasive erosion |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4774151A (en) * | 1986-05-23 | 1988-09-27 | International Business Machines Corporation | Low contact electrical resistant composition, substrates coated therewith, and process for preparing such |
| US4895765A (en) * | 1985-09-30 | 1990-01-23 | Union Carbide Corporation | Titanium nitride and zirconium nitride coating compositions, coated articles and methods of manufacture |
| RU2106429C1 (en) * | 1997-03-28 | 1998-03-10 | Вячеслав Алексеевич Рыженков | Method for application of multilayer wear-resistant coating to articles from iron and titanium alloys |
| RU2131480C1 (en) * | 1998-07-15 | 1999-06-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method of wear-resistant coating formation on surface of articles made of structural steel |
| RU2161661C1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-01-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of applying wear-resistant coatings and improvement of durability of parts |
| RU2165475C2 (en) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of protection of steel machine components from salt attack |
-
2002
- 2002-08-05 RU RU2002121189/02A patent/RU2226227C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895765A (en) * | 1985-09-30 | 1990-01-23 | Union Carbide Corporation | Titanium nitride and zirconium nitride coating compositions, coated articles and methods of manufacture |
| US4774151A (en) * | 1986-05-23 | 1988-09-27 | International Business Machines Corporation | Low contact electrical resistant composition, substrates coated therewith, and process for preparing such |
| RU2106429C1 (en) * | 1997-03-28 | 1998-03-10 | Вячеслав Алексеевич Рыженков | Method for application of multilayer wear-resistant coating to articles from iron and titanium alloys |
| RU2131480C1 (en) * | 1998-07-15 | 1999-06-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method of wear-resistant coating formation on surface of articles made of structural steel |
| RU2165475C2 (en) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of protection of steel machine components from salt attack |
| RU2161661C1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-01-10 | Падеров Анатолий Николаевич | Method of applying wear-resistant coatings and improvement of durability of parts |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353778C2 (en) * | 2005-11-03 | 2009-04-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Method for protection of steam and gas turbines blades against salt and gas corrosion, gas-abrasive and drop-impingement erosion |
| RU2403316C2 (en) * | 2008-05-13 | 2010-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Ion-plasma coating application method |
| RU2388685C1 (en) * | 2008-09-02 | 2010-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for production of ion-plasma nanolayer coating on turbomachine blades from titanium alloys |
| RU2413035C2 (en) * | 2008-09-02 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Procedure for ion-plasma nano-layer coating on blades of turbo-machines out of alloyed steel |
| RU2415199C1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Procedure for application of coating |
| RU2552202C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion |
| RU2552201C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of improving erosion resistance of compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloys |
| RU2585149C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"(Университет машиностроения) | Method for nitrogen ion implantation of surfaces of parts made of structural steel |
| RU2655563C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion |
| RU2693227C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-01 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys |
| RU2693414C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion |
| RU2685890C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of hardening treatment of alloyed steel blisk blades |
| RU2685893C1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Hardening method for blisk blades made of alloyed steels |
| RU2685896C1 (en) * | 2018-05-11 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for application of protective multi-layer coating on turbo engine working blades from titanium alloy |
| RU2682265C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy |
| RU2685919C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of obtaining a multi-layer protective coating on the blades of a monowheel from a titanium alloy against dust erosion |
| RU2685919C9 (en) * | 2018-05-28 | 2019-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | METHOD OF OBTAINING A MULTILAYERED PROTECTIVE COATING ON THE SHOVELS OF MONOCOLES FROM TITANIUM ALLOY FROM PYDOUS EROSION |
| RU2692356C1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-06-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of applying protective coating on blisk blades from titanium alloy |
| RU2769799C1 (en) * | 2021-08-16 | 2022-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blades of a gas turbine engine from titanium alloys with an ultrafine-grained structure from dust abrasive erosion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2226227C1 (en) | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion | |
| RU2390578C2 (en) | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys | |
| Haynes et al. | Oxidation and degradation of a plasma-sprayed thermal barrier coating system | |
| RU2430992C2 (en) | Procedure for application of wear resistant coating on blades of compressor of gas turbine engine (gte) | |
| RU2373302C2 (en) | Method of treatment of turbomachines blades | |
| RU2585599C1 (en) | Method for protection of turbomachine blade made from alloyed steel against erosion and salt corrosion | |
| RU2235147C1 (en) | Method for increasing strength of parts operating at pulsed pressure | |
| Bastos et al. | Plasma immersion ion implantation and shot peening influence on the fatigue strength of AA 7050-T7451 aluminum alloy | |
| Immarigeon et al. | Erosion testing of coatings for aero engine compressor components | |
| RU2388685C1 (en) | Method for production of ion-plasma nanolayer coating on turbomachine blades from titanium alloys | |
| RU91069U1 (en) | TURBOMACHINE SHOVEL RESISTANT TO SALT AND GAS CORROSION, GAS-ABRASIVE AND DROP-SHOCK EROSION | |
| RU2478140C2 (en) | Method for obtaining ion-plasma coating on blades of compressor from titanium alloys | |
| RU2386724C2 (en) | Method of obtaining erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbomachines from alloyed steels | |
| RU2413035C2 (en) | Procedure for ion-plasma nano-layer coating on blades of turbo-machines out of alloyed steel | |
| RU2353778C2 (en) | Method for protection of steam and gas turbines blades against salt and gas corrosion, gas-abrasive and drop-impingement erosion | |
| Nakamura et al. | Effect of fine particle peening using hydroxyapatite shot particles and plasma sprayed hydroxyapatite coating on fatigue properties of beta titanium alloy | |
| RU2445199C2 (en) | Method of hardening turbo machine nozzle vane unit made from nickel and cobalt alloys | |
| RU2462516C2 (en) | Method of surface treatment of products of heat resisting alloys | |
| RU82704U1 (en) | STEAM TURBINE SHOWER FROM ALLOYED STEELS WITH PROTECTIVE COATING | |
| RU2559612C1 (en) | Method of protection of turbine machine blades from alloyed steel against erosion and salt corrosion | |
| RU2585580C1 (en) | Method for protection against erosion and salt corrosion of blades of turbo machines from alloyed steels | |
| RU2693414C1 (en) | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion | |
| RU2441103C2 (en) | Method of producing refractory coat | |
| RU2682265C1 (en) | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy | |
| Zakharchenko et al. | On the effect of plasma electrolytic oxidation on the fatigue strength of V96Ts1 (Al-Zn-Mg-Cu) aluminum alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130806 |