RU2348739C2 - Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy - Google Patents
Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348739C2 RU2348739C2 RU2007114130/02A RU2007114130A RU2348739C2 RU 2348739 C2 RU2348739 C2 RU 2348739C2 RU 2007114130/02 A RU2007114130/02 A RU 2007114130/02A RU 2007114130 A RU2007114130 A RU 2007114130A RU 2348739 C2 RU2348739 C2 RU 2348739C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- product
- aluminum
- vacuum
- based alloy
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а более точно - к способам получения алюминидных покрытий на изделии и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты лопаток турбин, дефлекторов и других ответственных деталей машин от высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии.The invention relates to the field of metallurgy, and more specifically to methods for producing aluminide coatings on a product and can be used in aviation and power turbine building to protect turbine blades, deflectors and other critical machine parts from high temperature oxidation and sulfide corrosion.
В промышленности широко известен способ получения алюминидного покрытия на изделии из жаропрочного сплава насыщением поверхности в порошковой смеси, содержащей порошок сплава Fe-Al и галогенидный активатор, обычно хлористый аммоний (Тамарин Ю.А. Жаростойкие диффузионные покрытия лопаток газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1978 г., стр.136, или Коломыцев П.Т. Жаростойкие диффузионные покрытия. М.: Металлургия, 1979. 272 с.).A method is known in the industry for producing an aluminide coating on a heat-resistant alloy product by saturating the surface in a powder mixture containing Fe-Al alloy powder and a halide activator, usually ammonium chloride (Tamarin Yu.A. Heat-resistant diffusion coatings of gas turbine engine blades, M .: Mechanical Engineering, 1978, p. 136, or Kolomytsev P.T., Heat-resistant diffusion coatings, Moscow: Metallurgy, 1979. 272 p.).
Способ используется в основном для получения алюминидных покрытий на лопатках турбин и обеспечивает равномерность по толщине покрытия на криволинейных поверхностях лопаток.The method is mainly used to obtain aluminide coatings on turbine blades and provides uniformity in coating thickness on the curved surfaces of the blades.
Недостатком известного способа является высокая трудоемкость процесса, невозможность целенаправленного легирования покрытия элементами, повышающими его защитные свойства, низкая точность процесса по толщине покрытия (~30-50%).The disadvantage of this method is the high complexity of the process, the impossibility of targeted alloying of the coating with elements that increase its protective properties, low accuracy of the process by coating thickness (~ 30-50%).
Известен также газовый циркуляционный способ получения алюминидных покрытий и платино-алюминидных на основе химических транспортных реакций (CVD-процесс). При получении покрытий этим методом происходит генерация газообразного соединения алюминия, перенос этого соединения от источника алюминия на обрабатываемую поверхность, разложение летучего соединения, адсорбция и последующая диффузия алюминия в поверхность (патенты США №6413584, №6291014; Лесников В.П., Кузнецов В.П., Репина О.В. и др. Защитные свойства алюминидных покрытий в условиях высокотемпературного окисления и коррозии, ФХОМ, №4, 1996. - с.56-59).CVD-метод позволяет получать также легированные диффузионные алюминидные покрытия по двухстадийной схеме процесса, когда на первой стадии, например, проводят хромирование поверхности изделия, затем на второй стадии проводят ее алитирование (Лесников В.П., Кузнецов В.П. и др. Диффузионное насыщение алюминием и хромом никелевых сплавов циркуляционным методом из газовой фазы. Металловедение и термическая обработка металлов. №10, 1998, с.21-25).Also known is the gas circulation method for producing aluminide coatings and platinum-aluminide based on chemical transport reactions (CVD process). Upon receipt of coatings by this method, a gaseous aluminum compound is generated, this compound is transferred from the aluminum source to the surface to be treated, decomposition of the volatile compound, adsorption and subsequent diffusion of aluminum into the surface (US patents Nos. 6413584, No. 6291014; Lesnikov V.P., Kuznetsov V. P., Repina OV, et al. Protective properties of aluminide coatings under conditions of high-temperature oxidation and corrosion, FHOM, No. 4, 1996. - pp. 56-59). The CVD method also allows one to obtain doped diffusion aluminide coatings in two stages the first process stage, when, for example, the surface of the product is chromated, then the second stage is aluminized (Lesnikov V.P., Kuznetsov V.P. et al. Diffusion saturation of nickel alloys with aluminum and chromium by the circulating method from the gas phase Metallurgy and heat treatment of metals. No. 10, 1998, p.21-25).
Недостатком известных способов является высокая трудоемкость процесса за счет продолжительного нагрева и охлаждения химического реактора и длительности процесса насыщения поверхности из газовой фазы и низкая точность по толщине покрытия (~20-30%), присущая этому процессу.A disadvantage of the known methods is the high complexity of the process due to the prolonged heating and cooling of the chemical reactor and the duration of the process of saturation of the surface from the gas phase and the low accuracy in coating thickness (~ 20-30%) inherent in this process.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения алюминидного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного сплава, включающий размещение изделия и сплава на основе алюминия в зоне обработки, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на сплав на основе алюминия, возбуждение на сплаве на основе алюминия вакуумной дуги, горящей в парах этого сплава с образованием плазмы сплава на основе алюминия, бомбардировку поверхности изделия ионами сплава на основе алюминия для очистки и нагрева поверхности изделия, диффузию и накопление этого сплава на поверхности изделия при отрицательном потенциале на изделии в диапазоне от потенциала плавания до (-50) В, нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия вне зоны его обработки. Причем перед подачей отрицательного потенциала на изделие осуществляют дополнительный нагрев обрабатываемого изделия для формирования алюминидного покрытия на поверхности изделия, преимущественно радиационным методом (патент РФ №2012694).The closest analogue taken as a prototype is a method for producing an aluminide coating on the surface of a heat-resistant alloy product, including placing the product and an aluminum-based alloy in the processing zone, creating a vacuum in the processing zone, applying a negative potential to the product and separately to the aluminum-based alloy , excitation on an aluminum-based alloy of a vacuum arc burning in the vapor of this alloy with the formation of plasma of an aluminum-based alloy, bombardment of the surface of the product by ions of an aluminum-based alloy I and purification of the surface of the heating, diffusion and accumulation on the surface of the alloy product when a negative potential to the product in the range from swimming to potential of (-50) V, the heating of the product in vacuo to form a diffusion aluminide coating outside the treatment zone. Moreover, before applying a negative potential to the product, additional heating of the workpiece is carried out to form an aluminide coating on the surface of the product, mainly by the radiation method (RF patent No. 2012694).
По данному способу покрытие формируется непосредственно при обработке изделия в плазме сплава на основе алюминия, что достигается путем введения дополнительного нагрева изделия в процессе его обработки при низких значениях отрицательного потенциала на изделии в диапазоне от потенциала плавания до (-50) В. Этим достигается увеличение производительности, так как при низких значениях отрицательного потенциала на изделии возрастает скорость диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия за счет снижения скорости катодного распыления поверхности.According to this method, the coating is formed directly during processing of the product in a plasma of an aluminum-based alloy, which is achieved by introducing additional heating of the product during its processing at low negative potential values on the product in the range from the swimming potential to (-50) V. This results in an increase in productivity since at low values of the negative potential on the product, the diffusion and accumulation rate of an aluminum-based alloy on the surface of the product increases due to a decrease in the atomic surface spraying.
Скорость генерации плазмы сплава на основе алюминия пропорциональна току вакуумной дуги, а с ростом этого тока возрастает тепловая нагрузка на сплав, причем мощность W, выделяемая на сплаве, равна W=Iд·U* (Iд - ток вакуумной дуги, U* - вольтэквивалент тепловых потерь на сплаве на основе алюминия, равный ~9,8±0,6 В). С ростом тока вакуумной дуги уменьшается время нагрева сплава на основе алюминия до температуры его плавления, что не позволяет за один цикл получать алюминидное покрытие на изделии требуемой толщины и приводит к снижению производительности процесса из-за перехода к многоцикловому способу покрытия. Время охлаждения сплава на основе алюминия от максимально допустимой температуры его нагрева (~500°С) до комнатной температуры за счет излучения (излучение - единственный способ охлаждения нагретого изолированного тела в вакууме) значительно (в 4 раза и более) превышает время его нагрева. Поэтому переход к многоцикловому покрытию значительно повышает время обработки изделия в вакууме.The generation rate of the plasma of an aluminum-based alloy is proportional to the vacuum arc current, and with an increase in this current, the thermal load on the alloy increases, and the power W released on the alloy is W = I d · U * (I d is the vacuum arc current, U * - volt-equivalent of heat loss on an aluminum-based alloy, equal to ~ 9.8 ± 0.6 V). With an increase in the vacuum arc current, the time for heating an aluminum-based alloy to its melting temperature decreases, which does not allow obtaining an aluminide coating on a product of the required thickness in one cycle and leads to a decrease in the process productivity due to the transition to a multi-cycle coating method. The cooling time of an aluminum-based alloy from the maximum allowable temperature of its heating (~ 500 ° C) to room temperature due to radiation (radiation is the only way to cool a heated isolated body in vacuum) significantly (4 times or more) exceeds its heating time. Therefore, the transition to a multi-cycle coating significantly increases the processing time of the product in a vacuum.
Кроме того, по данному способу необходимо следить за температурой сплава на основе алюминия, чтобы, во-первых, не допустить его оплавления, а, во-вторых, не перегреть сплав на температуру свыше (450-500)°С, так как при больших температурах поток крупных капель в вакуумно-дуговой плазме сплава на основе алюминия многократно повышается. Диффузия и накопление на поверхности изделия сплава на основе алюминия при интегральной температуре его нагрева свыше 300°С приводит к значительному увеличению в покрытии доли крупной микрокапельной фазы из сплава на основе алюминия, что приводит к снижению качества покрытия из-за образования на поверхности дефекта «пятнистости». Таким образом, недостатком способа-прототипа является низкое качество получаемых покрытий, низкая производительность процесса вследствие цикличности нанесения, а также сложность дополнительного радиационного нагрева изделия в металлической плазме.In addition, according to this method, it is necessary to monitor the temperature of the aluminum-based alloy in order, firstly, to prevent its melting, and, secondly, not to overheat the alloy to a temperature above (450-500) ° C, since at large At high temperatures, the flow of large droplets in a vacuum-arc plasma of an aluminum-based alloy increases many times. Diffusion and accumulation on the surface of an aluminum-based alloy product at an integral temperature of its heating above 300 ° C leads to a significant increase in the coating fraction of a large microdroplet phase from an aluminum-based alloy, which leads to a decrease in the quality of the coating due to the formation of a “spotting” defect on the surface ". Thus, the disadvantage of the prototype method is the low quality of the coatings obtained, the low productivity of the process due to the cyclical application, as well as the complexity of the additional radiation heating of the product in a metal plasma.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение качества получаемых покрытий за счет снижения доли микрокапельной фазы в потоке плазмы сплава на основе алюминия и за счет повышения циклической жаростойкости, термостойкости, долговечности покрытия путем изменения состава сплава на основе алюминия, а также повышение производительности способа получения алюминидного покрытия на изделии и его упрощение.An object of the present invention is to improve the quality of the resulting coatings by reducing the fraction of the microdrop phase in the plasma stream of an aluminum-based alloy and by increasing the cyclic heat resistance, heat resistance, and durability of the coating by changing the composition of the aluminum-based alloy, as well as increasing the productivity of the method of producing an aluminide coating by product and its simplification.
Это достигается тем, что в способе получения алюминидного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного сплава, включающем размещение изделия и сплава на основе алюминия в зону обработки, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на сплав на основе алюминия, возбуждение на сплаве на основе алюминия вакуумной дуги, горящей в парах этого сплава с образованием плазмы сплава на основе алюминия, бомбардировку поверхности изделия ионами плазмы сплава на основе алюминия для очистки и нагрева поверхности изделия, диффузию и накопление этого сплава на поверхности изделия при отрицательном потенциале на изделии, выбираемом в диапазоне от потенциала плавания до -50 В, нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия вне зоны его обработки, в качестве сплава на основе алюминия используют сплав, содержащий два или более легирующих элементов из ряда: кремний, иттрий, бор, никель, кобальт, хром, перед размещением в зону обработки сплав на основе алюминия припаивают к водоохлаждаемой оправке, а перед возбуждением на нем вакуумной дуги принудительно охлаждают, диффузию и накопление сплава на основе алюминия на поверхности изделия проводят с удельным привесом (20-140) г/м2, затем проводят охлаждение изделия в вакууме, а нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия осуществляют вне зоны его обработки, затем проводят финишную обработку поверхности покрытия.This is achieved by the fact that in the method for producing an aluminide coating on the surface of a heat-resistant alloy product, including placing the product and aluminum-based alloy in the treatment zone, creating a vacuum in the processing zone, applying a negative potential to the product and separately to the aluminum-based alloy, an aluminum-based alloy of a vacuum arc burning in the vapor of this alloy with the formation of an aluminum-based alloy plasma, bombarding the surface of the product with plasma ions of an aluminum-based alloy for cleaning and heating the surface of the product, the diffusion and accumulation of this alloy on the surface of the product with a negative potential on the product selected in the range from the swimming potential to -50 V, heating the product in vacuum to form a diffusion aluminide coating outside its processing zone, an alloy based on aluminum is used containing two or more alloying elements from the series: silicon, yttrium, boron, nickel, cobalt, chromium, before being placed in the treatment zone, an aluminum-based alloy is soldered to a water-cooled mandrel, and before excitation Niemi thereon by vacuum arc forcedly cooled, the diffusion and the accumulation of aluminum-based alloy on the surface of the product is carried out with a specific weight gain (20-140) g / m 2, followed by cooling the product in vacuo and the product heated under vacuum to form a diffusion aluminide coating is performed outside the zone of its processing, then finish the surface of the coating.
Для обеспечения высокой жаростойкости в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high heat resistance as an alloy based on aluminum, an alloy of the following composition is used, wt.%:
Для обеспечения высокой стойкости к сульфидной коррозии в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high resistance to sulfide corrosion as an alloy based on aluminum, an alloy of the following composition is used, wt.%:
Для обеспечения высокой жаростойкости и термостойкости в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high heat resistance and heat resistance as an alloy based on aluminum, an alloy of the following composition is used, wt.%:
Для обеспечения высокой жаростойкости при температуре (1100-1150)°С в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high heat resistance at a temperature of (1100-1150) ° C, an alloy of the following composition, wt.%:
Для обеспечения высокой жаростойкости и термостойкости при температуре (1100-1150)°С в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high heat resistance and heat resistance at a temperature of (1100-1150) ° C, an alloy of the following composition is used as an aluminum-based alloy, wt.%:
Для обеспечения высокой стойкости к солевой коррозии в качестве сплава на основе алюминия используют сплав следующего состава, мас.%:To ensure high resistance to salt corrosion, an alloy of the following composition, wt.%:
Очистку и нагрев поверхности изделия проводят при отрицательном напряжении на нем в диапазоне 180-600 В в течение 1-5 минут и при токе вакуумной дуги 250-750 А.Cleaning and heating the surface of the product is carried out at a negative voltage on it in the range of 180-600 V for 1-5 minutes and at a current of a vacuum arc of 250-750 A.
Охлаждение изделия проводят в вакууме ≤0,04 Па до температуры ≤100°С.The product is cooled in a vacuum of ≤0.04 Pa to a temperature of ≤100 ° C.
Нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия проводят при температуре 950-1050°С в течение 3-6 ч.Heating the product in vacuum to form a diffusion aluminide coating is carried out at a temperature of 950-1050 ° C for 3-6 hours
Финишную обработку поверхности проводят виброшлифовкой или пескоструйной обработкой.Finishing the surface is carried out by vibration grinding or sandblasting.
Использование в качестве сплавов на основе алюминия сплавов, содержащих два или более легирующих элементов из ряда: кремний, иттрий, бор, никель, кобальт, хром, обеспечивает получение на изделии из жаропрочного сплава покрытий, стойких к высокотемпературному окислению, покрытий, имеющих высокую жаростойкость и термостойкость, покрытий, стойких к высокотемпературному окислению и сульфидной коррозии, покрытий с высокой стойкостью к солевой коррозии, покрытий, стойких к окислению при температурах (1100-1150)°С и имеющих высокую термостойкость. В целом легирование покрытия элементами, повышающими защитные свойства покрытия, обеспечивает повышение качества получаемых покрытий и их долговечности в зависимости от условий эксплуатации изделия из жаропрочного сплава.The use as alloys based on aluminum alloys containing two or more alloying elements from the series: silicon, yttrium, boron, nickel, cobalt, chromium, provides coatings resistant to high temperature oxidation, coatings having high heat resistance and heat resistance, coatings resistant to high temperature oxidation and sulfide corrosion, coatings with high resistance to salt corrosion, coatings resistant to oxidation at temperatures (1100-1150) ° C and having high heat resistance. In general, alloying the coating with elements that increase the protective properties of the coating provides an increase in the quality of the resulting coatings and their durability, depending on the operating conditions of the heat-resistant alloy product.
Пайка сплава на основе алюминия к водоохлаждаемой оправке и принудительное охлаждение сплава на основе алюминия перед возбуждением на сплаве вакуумной дуги позволяет получать алюминидные покрытия на изделии из жаропрочного сплава за один цикл обработки изделия. Принудительное охлаждение сплава на основе алюминия в процессе горения вакуумной дуги обеспечивает испарение и генерацию плазмы при температуре нагрева сплава не более 100°С, что значительно меньше температуры его плавления. Неограниченное время горения вакуумной дуги на принудительно охлаждаемом сплаве на основе алюминия обеспечивает достижение одной из целей предлагаемого способа, а именно снижение технологического времени получения покрытия более чем в четыре-пять раза и соответствующее повышение производительности процесса обработки изделия.Soldering an aluminum-based alloy to a water-cooled mandrel and forced cooling of an aluminum-based alloy before excitation on a vacuum arc alloy makes it possible to obtain aluminide coatings on a heat-resistant alloy product in one processing cycle of the product. Forced cooling of an aluminum-based alloy during the combustion of a vacuum arc ensures the evaporation and generation of plasma at an alloy heating temperature of not more than 100 ° C, which is much lower than its melting temperature. The unlimited burning time of the vacuum arc on a forced-cooled aluminum-based alloy ensures one of the goals of the proposed method, namely, reducing the technological time for coating production by more than four to five times and a corresponding increase in the productivity of the product processing process.
При возбуждении на сплаве на основе алюминия вакуумной дуги на сплаве возникают катодные микропятна вакуумной дуги с плотностью мощности 105-107 Вт/см2, обеспечивающие испарение и генерацию плазмы сплава на основе алюминия. При таких мощностях наряду с испарением и генерацией плазмы сплава на основе алюминия имеет место генерация микрокапель из материала сплава на основе алюминия, которые снижают качество алюминидного диффузионного покрытия на изделии. Причем с ростом температуры нагрева сплава на основе алюминия количество микрокапель и их средний размер возрастают. При 600°С доля микрокапельной фазы в плазме сплава на основе алюминия достигает 80%. Наличие большого количества «крупной» микрокапельной фазы (>100-150 мкм) на поверхности изделия приводит при формировании диффузионного алюминидного покрытия к «пятнистой» структуре поверхности покрытия из-за локального увеличения содержания алюминия на поверхности под крупными микрокаплями, что является основной причиной снижения качества покрытия (его термостойкости и долговечности).When a vacuum arc is excited on an aluminum-based alloy, the cathode microspots of a vacuum arc with a power density of 10 5 -10 7 W / cm 2 appear, which provide evaporation and plasma generation of the aluminum-based alloy. At such capacities, along with the evaporation and plasma generation of the aluminum-based alloy, microdroplets are generated from the aluminum-based alloy material, which reduce the quality of the aluminide diffusion coating on the product. Moreover, with an increase in the heating temperature of the aluminum-based alloy, the number of microdrops and their average size increase. At 600 ° C, the fraction of the microdrop phase in the plasma of an aluminum-based alloy reaches 80%. The presence of a large amount of a "large" microdroplet phase (> 100-150 μm) on the surface of the product leads to a "spotty" structure of the surface of the coating when a diffusion aluminide coating is formed due to a local increase in the aluminum content on the surface under large microdrops, which is the main reason for the decrease in quality coatings (its heat resistance and durability).
Охлаждение сплава на основе алюминия приводит к снижению доли микрокапель в плазме до 5-8% и максимального размера микрокапель до 10-15 мкм, что устраняет «пятнистую» структуру поверхности покрытия, формирующегося при нагреве изделия в вакууме, и обеспечивает соответствующее повышение качества покрытия.The cooling of an aluminum-based alloy leads to a decrease in the fraction of microdrops in plasma to 5–8% and the maximum size of microdrops to 10–15 μm, which eliminates the “spotty” structure of the coating surface that forms when the product is heated in vacuum and provides a corresponding increase in the quality of the coating.
Диффузию и накопление сплава на основе алюминия на поверхности изделия с удельным привесом (20-140) г/м2 достигают по времени проведения процесса. При постоянном токе горения вакуумной дуги и постоянном отрицательном потенциале на изделии скорость диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия также постоянна. Это позволяет при заранее измеренных значениях скорости диффузии и накопления сплава на основе алюминия определять технологическое время проведения диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия. Так, при токе вакуумной дуги 500 А скорость диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия составляет 1±0,05 г/м2·мин. Удельный привес от накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия из жаропрочного сплава в 20 г/м2 позволяет получать на поверхности изделия алюминидное диффузионное покрытие минимальной толщины ~15 мкм, которое используется для особо нагруженных изделий при ресурсе до 100 ч. Удельный привес 140 г/м2 позволяет получать на поверхности изделия алюминидное диффузионное покрытие максимальной толщины ~ 130 мкм, которое используется для изделий, имеющих ресурс свыше 20000 ч, и при котором на изделии не образуются трещины термической усталости, связанные с большой толщиной покрытия.The diffusion and accumulation of an aluminum-based alloy on the surface of the product with a specific weight gain (20-140) g / m 2 is achieved by the time of the process. With a constant burning current of the vacuum arc and a constant negative potential on the product, the diffusion and accumulation rate of the aluminum-based alloy on the product surface is also constant. This allows for pre-measured values of the diffusion and accumulation rates of an aluminum-based alloy to determine the technological time of diffusion and accumulation of an aluminum-based alloy on the surface of the product. So, at a vacuum arc current of 500 A, the diffusion and accumulation rate of an aluminum-based alloy on the product surface is 1 ± 0.05 g / m 2 · min. The specific gain from the accumulation of an aluminum-based alloy on the surface of a heat-resistant alloy product of 20 g / m 2 allows to obtain an aluminide diffusion coating of a minimum thickness of ~ 15 μm on the product surface, which is used for especially loaded products with a resource of up to 100 hours. Specific gain of 140 g / m 2 allows you to get on the surface of the product aluminide diffusion coating of a maximum thickness of ~ 130 μm, which is used for products having a resource of more than 20,000 hours, and in which the product does not form thermal cracks spines associated with a large coating thickness.
Очистка и нагрев изделия при напряжении на нем в диапазоне 180-600 В в течение 1-5 минут при токе вакуумной дуги 250-750 А обеспечивает термоактивацию поверхности изделия и ее ионное травление в плазме сплава на основе алюминия, что обеспечивает получение высокой адгезии покрытия к поверхности изделия, способствует повышению качества покрытия.Cleaning and heating the product with a voltage on it in the range of 180-600 V for 1-5 minutes at a vacuum arc current of 250-750 A provides thermal activation of the surface of the product and its ion etching in the plasma of an aluminum-based alloy, which ensures high adhesion of the coating to surface of the product, improves the quality of the coating.
Охлаждение обработанного изделия в вакууме ≤0,04 Па до температуры ≤100°С обеспечивает минимальную по толщине оксидную пленку на поверхности изделия при извлечении его из зоны обработки, что также способствует повышению качества покрытия, формирующегося при последующем нагреве изделия и вакууме. Тонкая оксидная пленка не оказывает заметного влияния в процессе металлотермической реакции на поверхности изделия при нагреве изделия в вакууме и плавлении сплава на основе алюминия.Cooling the treated product in a vacuum of ≤0.04 Pa to a temperature of ≤100 ° C provides a minimum thickness of the oxide film on the surface of the product when it is removed from the treatment zone, which also contributes to improving the quality of the coating formed upon subsequent heating of the product and vacuum. A thin oxide film does not have a noticeable effect during the metallothermal reaction on the surface of the product when the product is heated in vacuum and the aluminum-based alloy is melted.
Нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия при температуре 950-1050°С в течение 3-6 ч обеспечивает формирование на поверхности изделия алюминидного покрытия с внешним слоем на основе высокотемпературной и жаростойкой фазы NiAl (β-фазы), обладающей в контакте с жаропрочным сплавом на основе никеля наиболее высокими защитными свойствами и переходным диффузионным слоем на основе карбидов и фазы Ni3Al.Heating the product in vacuum to form a diffusion aluminide coating at a temperature of 950-1050 ° C for 3-6 hours ensures the formation on the surface of the product aluminide coating with an outer layer based on the high-temperature and heat-resistant phase NiAl (β-phase), which is in contact with heat-resistant nickel-based alloy with the highest protective properties and a transition diffusion layer based on carbides and the Ni 3 Al phase.
Формирование алюминидного покрытия на поверхности изделия вне зоны обработки изделия позволяет исключить дополнительный радиационный нагрев изделия, необходимый для формирования диффузионного алюминидного покрытия в процессе диффузии и накопления сплава на основе алюминия. Устранение дополнительного радиационного нагрева изделия значительно упрощает способ получения алюминидных покрытий на поверхности изделия (регулярная замена нагревательных элементов, поверхность которых в плазме сплава на основе алюминия разрушается за 1-2 цикла обработки).The formation of an aluminide coating on the surface of the product outside the product processing zone eliminates the additional radiation heating of the product necessary for the formation of a diffusion aluminide coating during diffusion and accumulation of an aluminum-based alloy. Elimination of additional radiation heating of the product greatly simplifies the method of producing aluminide coatings on the surface of the product (regular replacement of heating elements whose surface in the plasma of an aluminum-based alloy is destroyed in 1-2 processing cycles).
В процессе нагрева изделия в вакууме при формировании диффузионного алюминидного покрытия на поверхности имеет место шлакование оксидной пленки и частично элементов, легирующих покрытие, в основном кремния и хрома, которые имеют низкую растворимость в фазе NiAl. Финишная обработка поверхности покрытия на изделии одним из известных методов, например, виброшлифованием или пескоструйной обработкой позволяет удалить с поверхности покрытия шлаковые образования и снизить шероховатость поверхности покрытия, что также повышает качество получаемых покрытий (повышает жаростойкость).In the process of heating the product in vacuum during the formation of a diffusion aluminide coating on the surface, slagging of the oxide film and partially elements doping the coating, mainly silicon and chromium, which have low solubility in the NiAl phase, takes place. Finishing the surface of the coating on the product using one of the known methods, for example, by vibration grinding or sandblasting, removes slag formations from the surface of the coating and reduces the surface roughness of the coating, which also improves the quality of the resulting coatings (increases heat resistance).
Таким образом, совокупность отличительных признаков технического решения позволяет получать на поверхности изделия качественные диффузионные алюминидные покрытия, легированные элементами, повышающими защитные свойства покрытия, обеспечивает увеличение производительности способа получения алюминидного покрытия на изделии, а также обеспечивает упрощение способа путем исключения операции дополнительного радиационного нагрева изделия.Thus, the set of distinguishing features of the technical solution allows to obtain high-quality diffusion aluminide coatings doped with elements that increase the protective properties of the coating on the surface of the product, provides an increase in the productivity of the method for producing aluminide coatings on the product, and also simplifies the method by eliminating the operation of additional radiation heating of the product.
Примеры осуществления 1-7 по предлагаемому способу.Embodiments 1-7 of the proposed method.
Пример 1. Для обработки поверхности изделия из жаропрочного сплава, например, рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя (ГТД) из сплава ЖС6У и образцов из этого же сплава, проводили предварительную подготовку (удаление загрязнений и обезжиривание) поверхности лопатки и образцов. Затем сплав на основе алюминия паяли к водоохлаждаемой оправке для его принудительного охлаждения, после чего размещали изделие и сплав на основе алюминия в зону обработки и создавали в зоне обработки вакуум при давлении Р<10-2 Па. В качестве сплава на основе алюминия использовали сплав следующего состава, мас.%:Example 1. To process the surface of a product made of a heat-resistant alloy, for example, working blades of a turbine of a gas turbine engine (GTE) made of ZhS6U alloy and samples of the same alloy, preliminary preparation (removal of contaminants and degreasing) of the surface of the blade and samples was carried out. Then, the aluminum-based alloy was soldered to a water-cooled mandrel for its forced cooling, after which the product and the aluminum-based alloy were placed in the treatment zone and a vacuum was created in the treatment zone at a pressure of P <10 -2 Pa. As an alloy based on aluminum used an alloy of the following composition, wt.%:
Затем подавали отрицательный потенциал на сплав на основе алюминия φ2=-(30-90) В и отдельно на лопатку и образцы φ2=-180 В. После чего подавали охлаждающую воду в оправку для охлаждения сплава на основе алюминия и на сплаве на основе алюминия одним из известных способов, например, путем разрыва токового контакта, возбуждали вакуумную дугу, горящую в парах этого сплава с образованием плазмы сплава на основе алюминия, и начинали процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала при φ2=-180 В и токе вакуумной дуги 750 А для очистки и ионного нагрева (термоактивации) поверхности обрабатываемых изделий. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 450°С продолжали в течение 4 минут, после чего проводили в течение 20 минут диффузию и накопление на поверхности обрабатываемых изделий ионов плазмы токопроводящего сплава на основе алюминия при напряжении на изделиях, равном потенциалу плавления (потенциал плавления - это отрицательный потенциал ~5-10 В, который принимает в плазме электрически изолированное тело), и токе вакуумной дуги 500 А. Затем отключали вакуумную дугу и охлаждали изделие в течение 90 минут до температуры 80°С. Затем изделие и контрольные образцы извлекали из зоны обработки и помещали в вакуумную печь и нагревали их на температуру 950°С в течение 2 ч в вакууме 10-2 Па. После этого поверхность изделия и образцов подвергали финишной обработке методом «мягкой» виброшлифовки на центробежно-ротационном станке ЦРС-2. Затем на контрольном образце определяли удельный привес от сплава на основе алюминия (Δmуд=Δm/F, г/м2), равный 20 г/м2, после чего металлографическим анализом определяли толщину алюминидного диффузионного покрытия на контрольном образце. В результате на поверхности изделия получали легированное кремнием и иттрием алюминидное покрытие толщиной ~15 мкм с характерным для диффузионных покрытий двухзонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля (NiAl), толщиной 10-12 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 20 мас.%.Then the negative potential was applied to the aluminum-based alloy φ 2 = - (30-90) V and separately to the blade and samples φ 2 = -180 V. Then, cooling water was supplied to the mandrel for cooling the aluminum-based alloy and to the alloy based on aluminum using one of the known methods, for example, by breaking the current contact, a vacuum arc was excited, burning in the vapor of this alloy with the formation of an aluminum-based alloy plasma, and the process of ion bombardment of the product surface with ions of a conductive material at φ 2 = -180 V and a vacuum current arc 750 And for cleaning and ion heating (thermal activation) of the surface of the processed products. The process of cleaning the surface of the processed products and their heating to a temperature of 450 ° C continued for 4 minutes, after which diffusion and accumulation on the surface of the processed products of plasma ions of a conductive alloy based on aluminum at a voltage on the products equal to the melting potential (potential melting is the negative potential of ~ 5-10 V, which an electrically isolated body takes in plasma), and a current of a vacuum arc of 500 A. Then the vacuum arc was turned off and the product was cooled for 90 minutes until perature of 80 ° C. Then the product and control samples were removed from the treatment zone and placed in a vacuum oven and heated to a temperature of 950 ° C for 2 hours in a vacuum of 10 -2 Pa. After that, the surface of the product and samples was subjected to finishing by the method of “soft” vibration grinding on a centrifugal-rotary machine TsRS-2. Then, the specific weight gain from the aluminum-based alloy (Δm beats = Δm / F, g / m 2 ), equal to 20 g / m 2 , was determined on the control sample, after which the thickness of the aluminide diffusion coating on the control sample was determined by metallographic analysis. As a result, an aluminide coating doped with silicon and yttrium ~ 15 μm thick with a two-zone structure characteristic of diffusion coatings and with an outer layer based on nickel monoaluminide (NiAl) with a thickness of 10-12 μm with an aluminum content of 20 wt .%.
Пример 2. Алюминидное покрытие на рабочих лопатках турбины ГТД из сплава ЖС6У на основе никеля и образцов из этого же сплава получали аналогично примеру 1. Разница заключалась в том, что в качестве сплава на основе алюминия использовали сплав следующего состава, мас.%:Example 2. An aluminide coating on the working blades of a turbine engine of a gas turbine engine from an alloy ZhS6U based on nickel and samples from the same alloy was obtained analogously to example 1. The difference was that an alloy of the following composition was used as an aluminum alloy, wt.%:
Процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала для очистки и ионного нагрева поверхности обрабатываемых изделий проводили при φ2=-400 В и токе вакуумной дуги 500 А. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 500°С продолжали в течение 3 минут, после чего проводили в течение 82 минут диффузию и накопление на поверхности обрабатываемых изделий ионов токопроводящего сплава на основе алюминия при напряжении на изделиях, равном - 30 В, и токе вакуумной дуги 500 А. Затем охлаждали изделие в течение 110 минут до температуры 90°С. Затем изделия извлекали из зоны обработки и помещали в вакуумную печь и нагревали изделие в течение 4 ч при температуре 1000°С и вакууме 10-2 Па.The process of ion bombardment of the surface of the product with ions of conductive material for cleaning and ion heating of the surface of the processed products was carried out at φ 2 = -400 V and a vacuum arc current of 500 A. The process of cleaning the surface of the processed products and their heating to a temperature of 500 ° C continued for 3 minutes, after which, during 82 minutes, diffusion and accumulation of aluminum-based conductive alloy ions on the surface of the workpieces was carried out at a voltage of 30 V and a current of a vacuum arc of 500 A. Then they were cooled and product for 110 minutes to a temperature of 90 ° C. Then the products were removed from the treatment zone and placed in a vacuum oven and the product was heated for 4 hours at a temperature of 1000 ° C and a vacuum of 10 -2 Pa.
В результате на поверхности изделия получали легированное кремнием и бором жаростойкое и стойкое к сульфидной коррозии алюминидное покрытие с привесом 80 г/м2 и толщиной ~72 мкм, с характерным для диффузионных покрытий двухзонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля, толщиной 45-50 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 20-21 мас.%.As a result, an aluminide coating with a weight gain of 80 g / m 2 and a thickness of ~ 72 μm, with a two-zone structure characteristic of diffusion coatings and with an outer layer based on nickel monoaluminide, with a thickness of 45- 50 microns, with an aluminum content of 20-21 wt.%.
Пример 3. Алюминидное покрытие на рабочих лопатках турбины из сплава ЖС6У на основе никеля и образцов из этого же сплава получали аналогично примеру 1. Разница заключалась в том, что в качестве сплава на основе алюминия использовали сплав, следующего состава, мас.%:Example 3. The aluminide coating on the working blades of a turbine made of ZhS6U alloy based on nickel and samples from the same alloy was obtained analogously to example 1. The difference was that an alloy of the following composition was used as an aluminum based alloy, wt.%:
Процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала для очистки и ионного нагрева поверхности обрабатываемых изделий проводили при φ2=-600 В и токе вакуумной дуги 250 А. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 450°С продолжали в течение 1,5 минут, после чего проводили в течение 145 минут диффузию и накопление на поверхности обрабатываемых изделий ионов токопроводящего сплава на основе алюминия при напряжении на изделиях, равном - 50 В, и токе вакуумной дуги 500 А. Затем охлаждали изделие в течение 130 минут до температуры 95°С. Затем проводили нагрев изделия до температуры 1050°С в течение 6 ч в вакууме 10-2 Па.The process of ion bombardment of the surface of the product with ions of conductive material for cleaning and ion heating of the surface of the processed products was carried out at φ 2 = -600 V and a vacuum arc current of 250 A. The process of cleaning the surface of the processed products and their heating to a temperature of 450 ° C continued for 1.5 minutes, after which the diffusion and accumulation of aluminum-based conductive alloy ions on the surface of the processed products was carried out for a voltage on the products of 50 V and a vacuum arc current of 500 A. the product for 130 minutes to a temperature of 95 ° C. Then the product was heated to a temperature of 1050 ° C for 6 hours in a vacuum of 10 -2 Pa.
В результате на поверхности изделий получали легированное кремнием, хромом и иттрием жаростойкое алюминидное покрытие с привесом 142 г/м2, толщиной ~130 мкм, с характерным для диффузионных покрытий двух зонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля, толщиной 90-95 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 24 мас.%.As a result, a heat-resistant aluminide coating doped with silicon, chromium and yttrium was obtained with a gain of 142 g / m 2 , a thickness of ~ 130 μm, with a two-band structure characteristic of diffusion coatings, and with an outer layer based on nickel monoaluminide 90–95 μm thick , with aluminum content equal to 24 wt.%.
Пример 4. Алюминидное покрытие на рабочих лопатках турбины из сплава ЖС6У на основе никеля и образцов из этого же сплава получали аналогично примеру 1. Разница заключалась в том, что в качестве сплава на основе алюминия использовали сплав, следующего состава, мас.%:Example 4. An aluminide coating on the working blades of a turbine made of nickel-based ZhS6U alloy and samples from the same alloy was obtained analogously to example 1. The difference was that an alloy of the following composition was used as an aluminum-based alloy, wt.%:
Процесс ионной бомбардировки поверхности изделия ионами токопроводящего материала для очистки и ионного нагрева поверхности обрабатываемых изделий проводили при φ2=-400 В и токе вакуумной дуги 500 А. Процесс очистки поверхности обрабатываемых изделий и их нагрев до температуры 450°С продолжали в течение 2 минут, после чего проводили в течение 65 минут диффузию и накопление на поверхности обрабатываемых изделий ионов токопроводящего сплава на основе алюминия при напряжении на изделиях, равном - 25 В, и токе вакуумной дуги 500 А. Затем охлаждали изделие в течение 120 минут до температуры 80°С. Затем проводили нагрев изделия до температуры 1000°С в течение 4 ч в вакууме 10-2 Па.The process of ion bombardment of the surface of the product with ions of conductive material for cleaning and ion heating of the surface of the processed products was carried out at φ 2 = -400 V and a vacuum arc current of 500 A. The process of cleaning the surface of the processed products and their heating to a temperature of 450 ° C continued for 2 minutes, after which, for 65 minutes, diffusion and accumulation of aluminum-based conductive alloy ions on the surface of the workpieces was carried out at a voltage on the products of 25 V and a vacuum arc current of 500 A. Then they cooled and product for 120 minutes to a temperature of 80 ° C. Then the product was heated to a temperature of 1000 ° C for 4 hours in a vacuum of 10 -2 Pa.
В результате на поверхности изделия получали легированное иттрием жаростойкое алюминидное покрытие с привесом 65 г/м2, толщиной ~58 мкм, с характерным для диффузионных покрытий двух зонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля, толщиной 40 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 20 мас.%.As a result, a heat-resistant aluminide coating doped with yttrium was obtained on the surface of the product with a gain of 65 g / m 2 , ~ 58 μm thick, with a two-band structure characteristic of diffusion coatings, and with an external layer based on nickel monoaluminide, 40 μm thick, with aluminum content in it equal to 20 wt.%.
Пример 5. Алюминидное покрытие на рабочих лопатках турбины из сплава ЖС6У на основе никеля и образцов из этого же сплава получали аналогично примеру 4. Разница заключалась в том, что в качестве сплава на основе алюминия использовали сплав, следующего состава, мас.%:Example 5. The aluminide coating on the working blades of a turbine made of ZhS6U alloy based on nickel and samples from the same alloy was obtained analogously to example 4. The difference was that an alloy of the following composition was used as an aluminum based alloy, wt.%:
В результате на поверхности изделий получали легированное иттрием и хромом жаростойкое алюминидное покрытие высокой термостойкости, толщиной ~58 мкм, с характерным для диффузионных покрытий двух зонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля, толщиной 40 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 20 мас.%.As a result, a heat-resistant aluminide coating of high heat resistance doped with yttrium and chromium with a thickness of ~ 58 μm was obtained on the surface of the products, with a two-band structure characteristic of diffusion coatings and with an external layer of nickel monoaluminide 40 μm thick with an aluminum content of 20 wt.%.
Пример 6. Алюминидное покрытие на рабочих лопатках турбины из сплава ЖС6У на основе никеля и образцов из этого же сплава получали аналогично примеру 4. Разница заключалась в том, что в качестве сплава на основе алюминия использовали сплав, следующего состава, мас.%:Example 6. The aluminide coating on the working blades of a turbine made of ZhS6U alloy based on nickel and samples from the same alloy was obtained analogously to example 4. The difference was that an alloy of the following composition was used as an aluminum based alloy, wt.%:
В результате на поверхности изделий получали легированное кобальтом, кремнием и иттрием жаростойкое алюминидное покрытие, стойкое к солевой коррозии, толщиной ~55 мкм, с характерным для диффузионных покрытий двух зонным строением и с внешним слоем на основе моноалюминида никеля, толщиной 40 мкм, при содержании в нем алюминия, равном 19,5 мас.%.As a result, on the surface of the products, a heat-resistant aluminide coating doped with cobalt, silicon, and yttrium was obtained, which was resistant to salt corrosion, ~ 55 μm thick, with a two-band structure characteristic of diffusion coatings, and with an external layer based on nickel monoaluminide, 40 μm thick, when contained in nem aluminum equal to 19.5 wt.%.
Как видно из примеров, изобретение позволяет изменять состав алюминидного покрытия, проводить целенаправленное легирование покрытия компонентами сплава на основе алюминия и получать качественные и однородные покрытия за счет устранения эффекта «пятнистой» структуры покрытия (принудительное охлаждение сплава на основе алюминия) и финишной обработки поверхности.As can be seen from the examples, the invention allows you to change the composition of the aluminide coating, to carry out targeted alloying of the coating with aluminum-based alloy components and to obtain high-quality and uniform coatings by eliminating the effect of the "spotty" coating structure (forced cooling of the aluminum-based alloy) and surface finish.
Настоящее изобретение позволяет подбирать параметры алюминидного покрытия (состав, толщину) на изделиях, например, лопатках турбин, в зависимости от условий их эксплуатации и требований, предъявляемых к покрытию.The present invention allows you to select the parameters of aluminide coating (composition, thickness) on products, for example, turbine blades, depending on the conditions of their operation and the requirements for the coating.
Результаты остальных примеров (7-18) использования сплавов, имеющих составы, аналогичные составам, приведенным в примерах 1-6, сведены в таблицу. Пример 19 - алюминидное покрытие, полученное по способу-прототипа.The results of the remaining examples (7-18) of the use of alloys having compositions similar to those described in examples 1-6 are summarized in table. Example 19 - aluminide coating obtained by the prototype method.
В таблице приведены составы рассмотренных сплавов на основе алюминия, которые использовали для получения алюминидных покрытий, а также приведена стойкость в часах алюминидных покрытий в контакте с жаропрочным сплавом ЖС6У на никелевой основе к циклическому окислению при температуре 1050°С с продолжительностью цикла 2 ч, равной продолжительности паузы между циклами, стойкость к сульфидной коррозии в расплаве Na2SO4, при температуре 900°С в процентах по отношению к широко известному алюминидному покрытию, не содержащему легирующих компонентов, термостойкость при испытаниях на образцах и на лопатках турбин. Испытания на термостойкость проводились по режиму: нагрев в продуктах сгорания авиационного топлива до температуры 1000°С, выдержка при этой температуре 1 минута, охлаждение до 200°С струей сжатого воздуха. Так как испытания проводились на образцах разного типа, то в таблице приведена относительная термостойкость в процентах по отношению к обычному алюминидному покрытию. И наконец, в таблице приведена относительная долговечность покрытий при испытаниях на лопатках ГТД, работающего 50% времени на дизельном топливе, содержащем серу. Во всех рассмотренных примерах проводились сравнительные испытания, и предлагаемые составы сплавов на основе алюминия для получения алюминидных покрытий сопоставлялись с известным алюминидным покрытием при одинаковом удельном привесе от алюминиевого сплава, равном 60±2 г/м2.The table shows the compositions of the considered aluminum-based alloys that were used to obtain aluminide coatings, and also shows the resistance in hours of aluminide coatings in contact with the heat-resistant alloy ZhS6U on a nickel basis to cyclic oxidation at a temperature of 1050 ° C with a cycle time of 2 hours equal to a duration pause between cycles, resistance to corrosion in sulphide melt Na 2 SO 4, at a temperature of 900 ° C as a percentage relative to the widely known aluminide coating containing no alloying component of s, the heat resistance test on samples with and turbine blades. Tests for heat resistance were carried out according to the regime: heating in the products of combustion of aviation fuel to a temperature of 1000 ° C, holding at this temperature for 1 minute, cooling to 200 ° C with a stream of compressed air. Since the tests were carried out on samples of different types, the table shows the relative heat resistance in percent relative to a conventional aluminide coating. And finally, the table shows the relative durability of the coatings when tested on GTE blades operating 50% of the time on diesel fuel containing sulfur. In all the considered examples, comparative tests were carried out, and the proposed compositions of aluminum-based alloys for producing aluminide coatings were compared with the known aluminide coating with the same specific weight gain from the aluminum alloy equal to 60 ± 2 g / m 2 .
Таким образом, как видно из таблицы, применение сплавов систем Al-Si-Y, Al-Si-Ni-B, Al-Si-Cr-Y, Al-Ni-Y, Al-Ni-Cr-Y, Al-Co-Si-Y позволяет повысить циклическую жаростойкость, стойкость к сульфидной коррозии и термостойкость покрытий, что в целом приводит к росту долговечности изделия с покрытием при эксплуатации изделия в составе газотурбинного двигателя. Повышение качества получаемых покрытий достигается также за счет устранения эффекта «пятнистости» путем значительного снижения в плазме сплава на основе алюминия при его принудительном охлаждении доли микрокапельной фазы (с 80% до 5-8%) и максимального размера микрокапель со (100-200) мкм до (10-15) мкм.Thus, as can be seen from the table, the use of alloys of the systems Al-Si-Y, Al-Si-Ni-B, Al-Si-Cr-Y, Al-Ni-Y, Al-Ni-Cr-Y, Al-Co -Si-Y allows to increase cyclic heat resistance, resistance to sulfide corrosion and heat resistance of coatings, which generally leads to an increase in the durability of the coated product when the product is used as part of a gas turbine engine. Improving the quality of the resulting coatings is also achieved by eliminating the "spotting" effect by significantly reducing the aluminum-based alloy in the plasma during its forced cooling of the fraction of the microdrop phase (from 80% to 5-8%) and the maximum size of micro droplets with (100-200) microns up to (10-15) microns.
Очистка и нагрев изделия при отрицательном напряжении на нем 180-600 В в течение 1-5 минут при токе вакуумной дуги 250-750 А также способствует получению качественных покрытий за счет термоактивации поверхности (нагрев на 400-500°С) и очистки поверхности изделия ионным травлением. Охлаждение изделия в вакууме ≤0,04 Па до температуры ≤100°С и нагрев изделия в вакууме на 950-1050°С в течение 3-6 ч обеспечивает на изделии формирование диффузионного алюминидного покрытия на основе моноалюминида никеля, обладающего в контакте с жаропрочным сплавом на основе никеля наиболее высокими защитными свойствами. Повышению качества покрытия способствует также финишная обработка поверхности, позволяющая получить высокую чистоту поверхности покрытия и высокую его жаростойкость.Cleaning and heating the product with a negative voltage of 180-600 V on it for 1-5 minutes at a vacuum arc current of 250-750 A also helps to obtain high-quality coatings due to thermal activation of the surface (heating at 400-500 ° C) and ionic surface cleaning etching. Cooling the product in vacuum ≤0.04 Pa to a temperature of ≤100 ° C and heating the product in vacuum at 950-1050 ° C for 3-6 hours ensures the formation of a diffusion aluminide coating on the product based on nickel monoaluminide in contact with a heat-resistant alloy nickel based with the highest protective properties. Improving the quality of the coating also contributes to the surface finish, which allows to obtain a high surface finish and high heat resistance.
Охлаждение сплава на основе алюминия перед возбуждением на нем вакуумной дуги обеспечивает непрерывный цикл диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия, что обеспечивает многократное увеличение производительности способа получения алюминидного покрытия на изделии. Нагрев изделия в вакууме для формирования диффузионного алюминидного покрытия обеспечивает упрощение способа путем исключения операции дополнительного радиационного нагрева изделия в процессе диффузии и накопления сплава на основе алюминия на поверхности изделия.The cooling of an aluminum-based alloy before excitation of a vacuum arc on it provides a continuous cycle of diffusion and accumulation of an aluminum-based alloy on the surface of the product, which provides a multiple increase in the productivity of the method for producing an aluminide coating on the product. Heating the product in vacuum to form a diffusion aluminide coating provides a simplification of the method by eliminating the operation of additional radiation heating of the product in the process of diffusion and accumulation of an aluminum-based alloy on the surface of the product.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114130/02A RU2348739C2 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114130/02A RU2348739C2 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114130A RU2007114130A (en) | 2008-10-27 |
| RU2348739C2 true RU2348739C2 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40528857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114130/02A RU2348739C2 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348739C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2632348C2 (en) * | 2012-04-22 | 2017-10-04 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | Al-Cr-O COATING APPLIED WITH ELECTRIC ARC SPRAYING, CONTAINING Si, HAVING IMPROVED PERFORMANCE |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117758193B (en) * | 2024-02-22 | 2024-04-30 | 北矿新材科技有限公司 | Preparation method of nickel-aluminum hydrogen-resistant coating and nickel-aluminum hydrogen-resistant coating |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB520592A (en) * | 1937-11-19 | 1940-04-29 | Bernhard Berghaus | An improved process for metallising metallic articles by means of cathode disintegration in vacuum |
| RU2012694C1 (en) * | 1991-01-14 | 1994-05-15 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of formation of aluminide coating on product |
| RU2164965C2 (en) * | 1999-05-27 | 2001-04-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of allying diffusion aluminide coating to article |
| US6413584B1 (en) * | 1999-08-11 | 2002-07-02 | General Electric Company | Method for preparing a gas turbine airfoil protected by aluminide and platinum aluminide coatings |
| RU2241067C1 (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method of treatment of surface of a metal item |
-
2007
- 2007-04-16 RU RU2007114130/02A patent/RU2348739C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB520592A (en) * | 1937-11-19 | 1940-04-29 | Bernhard Berghaus | An improved process for metallising metallic articles by means of cathode disintegration in vacuum |
| RU2012694C1 (en) * | 1991-01-14 | 1994-05-15 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of formation of aluminide coating on product |
| RU2164965C2 (en) * | 1999-05-27 | 2001-04-10 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of allying diffusion aluminide coating to article |
| US6413584B1 (en) * | 1999-08-11 | 2002-07-02 | General Electric Company | Method for preparing a gas turbine airfoil protected by aluminide and platinum aluminide coatings |
| RU2241067C1 (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method of treatment of surface of a metal item |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2632348C2 (en) * | 2012-04-22 | 2017-10-04 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | Al-Cr-O COATING APPLIED WITH ELECTRIC ARC SPRAYING, CONTAINING Si, HAVING IMPROVED PERFORMANCE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114130A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0386386B1 (en) | Process for producing Yttrium enriched aluminide coated superalloys | |
| EP0897996B1 (en) | Aluminide/MCrAlY coating system | |
| US4451431A (en) | Molybdenum-containing high temperature coatings for nickel- and cobalt-based superalloys | |
| US6042898A (en) | Method for applying improved durability thermal barrier coatings | |
| US6447854B1 (en) | Method of forming a thermal barrier coating system | |
| US6607611B1 (en) | Post-deposition oxidation of a nickel-base superalloy protected by a thermal barrier coating | |
| US5900102A (en) | Method for repairing a thermal barrier coating | |
| JPS5856751B2 (en) | Method for forming aluminum compound coating on nickel-based, cobalt-based and iron-based alloys | |
| US3748110A (en) | Ductile corrosion resistant coating for nickel base alloy articles | |
| US5712050A (en) | Superalloy component with dispersion-containing protective coating | |
| US20120090736A1 (en) | Coated components and methods of fabricating coated components and coated turbine disks | |
| US4910092A (en) | Yttrium enriched aluminide coating for superalloys | |
| US7811396B2 (en) | Method for HVOF or LPPS restoration coating repair of a nickel-base superalloy article | |
| RU2340704C2 (en) | Method for fabricated metallic product surface treatment | |
| US7026011B2 (en) | Aluminide coating of gas turbine engine blade | |
| RU2348739C2 (en) | Method of aluminide coating receiving at surface of product made of heat-resistance alloy | |
| GB2409210A (en) | Method of repairing a nickel based superalloy article | |
| US6485792B1 (en) | Endurance of NiA1 coatings by controlling thermal spray processing variables | |
| RU2089655C1 (en) | Method of application of protective coating | |
| JPH11131206A (en) | Powder material for thermal spraying coating and high temperature member using the same | |
| EP2022869A2 (en) | Method for forming active-element aluminide diffusion coatings | |
| CN113005417B (en) | A kind of aero-engine turbine blade and method and application for improving its life | |
| US6933012B2 (en) | Method for protecting a surface with a silicon-containing diffusion coating | |
| EP1798303A2 (en) | Method for depositing an aluminium-containing layer onto an article | |
| RU2241067C1 (en) | Method of treatment of surface of a metal item |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180215 Effective date: 20180215 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210729 Effective date: 20210729 |