RU2264480C2 - Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys - Google Patents
Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2264480C2 RU2264480C2 RU2002121870/02A RU2002121870A RU2264480C2 RU 2264480 C2 RU2264480 C2 RU 2264480C2 RU 2002121870/02 A RU2002121870/02 A RU 2002121870/02A RU 2002121870 A RU2002121870 A RU 2002121870A RU 2264480 C2 RU2264480 C2 RU 2264480C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- ion
- microlayers
- implantation
- deposition
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000753 refractory alloy Inorganic materials 0.000 title 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 105
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 88
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 95
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 47
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 44
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910018138 Al-Y Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910008326 Si-Y Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910006773 Si—Y Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 17
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000005254 chromizing Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- -1 diborane Chemical compound 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 101710161855 Methionine aminopeptidase 1 Proteins 0.000 description 3
- 102100021440 Modulator of apoptosis 1 Human genes 0.000 description 3
- 101710103983 Modulator of apoptosis 1 Proteins 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018098 Ni-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018529 Ni—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000946 Y alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical group [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000000366 juvenile effect Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3].[Zr+4].[Zr+4] JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000002294 plasma sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к разработке способов повышения работоспособности, надежности и увеличению долговечности деталей машин, в частности деталей энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин авиадвигателей путем совершенствования технологии нанесения защитных покрытий.The invention relates to the field of metallurgy and mechanical engineering, in particular to the development of methods for increasing the working capacity, reliability and increasing the durability of machine parts, in particular parts of energy and transport turbines, and, in particular, gas turbines of aircraft engines by improving the technology of applying protective coatings.
Предшествующий уровень техники.The prior art.
Детали многих изделий машиностроения подвергаются разрушению под действием агрессивных компонентов рабочих сред, напряжений от рабочих нагрузок и переменных температур, что требует применения защитных покрытий. Особенно остро стоит вопрос защиты поверхностей деталей в транспортном и энергетическом турбостроении, и в частности в газотурбостроении. Газотурбинные установки (ГТУ) широко применяются в современной технике: двигатели самолетов и вертолетов, судовые газотурбинные двигатели (ГТД), энергетические ГТУ и газоперекачивающие агрегаты (ГПА). Основными деталями, определяющими надежность, экономичность и ресурс работы таких установок, являются турбинные лопатки (ТЛ). Эти лопатки работают в очень сложных условиях: при высоких температурах, в агрессивных газовых потоках, которые могут содержать кислород, серу, окислы ванадия и другие агрессивные элементы, при высоких усталостных и термоусталостных нагрузках.The details of many engineering products are destroyed by aggressive components of the working environment, stresses from workloads and variable temperatures, which requires the use of protective coatings. Particularly acute is the issue of protecting the surfaces of parts in transport and power turbine building, and in particular in gas turbine building. Gas turbine units (GTU) are widely used in modern technology: aircraft and helicopter engines, marine gas turbine engines (GTE), energy GTUs and gas pumping units (GPU). The main parts that determine the reliability, efficiency and service life of such plants are turbine blades (TL). These blades work in very difficult conditions: at high temperatures, in aggressive gas streams that may contain oxygen, sulfur, vanadium oxides and other aggressive elements, at high fatigue and thermal fatigue loads.
При наличии в лопатках внутренних каналов эти полости подвергаются окислению, особенно для современных жаропрочных сплавов с пониженным содержанием хрома. В эксплуатации происходит образование трещин и отслаивание покрытий, их диффузионное рассасывание и коррозионно-эрозионное разрушение, изменение химического и фазового состава поверхностных слоев. Это приводит к снижению надежности лопаток, необходимости снятия их с эксплуатации.If there are internal channels in the blades, these cavities are oxidized, especially for modern heat-resistant alloys with a low chromium content. In operation, the formation of cracks and peeling of the coatings, their diffusion resorption and corrosion-erosion destruction, change in the chemical and phase composition of the surface layers. This leads to a decrease in the reliability of the blades, the need for decommissioning.
Лопатки турбин изготавливаются из дорогостоящих жаропрочных сплавов по сложной технологии, например путем направленной кристаллизации или монокристаллического литья, поэтому их стоимость чрезвычайно высока. Понятно, что технологии нанесения защитных покрытий на такие детали, которые увеличивают работоспособность и долговечность лопаток, имеют большое экономическое и техническое значение.Turbine blades are made of expensive heat-resistant alloys using sophisticated technology, for example, by directional crystallization or monocrystalline casting, so their cost is extremely high. It is clear that the technology of applying protective coatings on such parts, which increase the working capacity and durability of the blades, are of great economic and technical importance.
Хорошо известны способы нанесения на жаропрочные сплавы алюминидных покрытий и покрытий системы Me-Cr-Al-Y: Патенты США №№ 3542530; 3544348; 3918139; 3961098; 3928026; 3993454; 4000507; 4132816; 4034142, алюминидные покрытия, легированные благородными металлами Pt, Ro, Pd (Патент США 3819338), способ защиты лопаток газовых турбин от высокотемпературной коррозии (Патент РФ №2033474), включающий вакуумное осаждение двух слоев - сплава системы Me-Cr-Al-Y и сплава на основе алюминия с последующим вакуумным отжигом.Well-known methods of applying heat-resistant alloys of aluminide coatings and coatings of the Me-Cr-Al-Y system: US Patents No. 3542530; 3,544,348; 3,918,139; 3,961,098; 3,928,026; 3,993,454; 4000,507; 4,132,816; 4034142, aluminide coatings doped with noble metals Pt, Ro, Pd (US Pat. No. 3,819,338), a method for protecting gas turbine blades from high temperature corrosion (RF Patent No. 2033474), including vacuum deposition of two layers - an alloy of the Me-Cr-Al-Y system and aluminum-based alloy followed by vacuum annealing.
Способы диффузионных порошковых и через газовую фазу покрытий на основе интерметаллидов алюминия при достаточно высокой жаростойкости имеют пониженную стойкость к термическим напряжениям и коррозионную стойкость в агрессивных продуктах сгорания. Легированные благородными металлами покрытия дороги и экономически не всегда оправданы. Шликерные технологии не позволяют получать покрытия, однородные по толщине, и не обеспечивают достаточной плотности. Алюминидные покрытия также имеют высокую теплопроводность и недостаточно благоприятное соотношение коэффициентов линейного термического расширения с оксидными керамическими слоями.The methods of diffusion powder and through the gas phase coatings based on aluminum intermetallic compounds at sufficiently high heat resistance have reduced resistance to thermal stresses and corrosion resistance in aggressive combustion products. Noble metal alloyed coatings are expensive and not always economically justified. Slurry technologies do not allow obtaining coatings uniform in thickness and do not provide sufficient density. Aluminide coatings also have high thermal conductivity and an insufficiently favorable ratio of linear thermal expansion coefficients with oxide ceramic layers.
Многокомпонентные покрытия системы Me-Cr-Al-Y и их модификации часто не обеспечивают необходимого ресурса детали вследствие либо недостаточной жаростойкости, либо отслаивания покрытия и коррозии.Multicomponent coatings of the Me-Cr-Al-Y system and their modifications often do not provide the necessary resource of the part due to either insufficient heat resistance, or peeling of the coating and corrosion.
Особенно серьезные проблемы возникают при подготовке поверхности деталей из жаропрочных сплавов под нанесение покрытий вакуумно-плазменным методом для обеспечения высокой адгезии покрытия с основным сплавом.Particularly serious problems arise when preparing the surface of parts made of heat-resistant alloys for coating by the vacuum-plasma method to ensure high adhesion of the coating to the main alloy.
Патент США 4080486, в котором описан способ диффузионного порошкового нанесения алюминидного покрытия на наружные поверхности деталей, после нанесения вакуумно-плазменного покрытия системы MeCrAlY, не использует всех возможностей для обеспечения максимального сопротивления газовой коррозии и не обеспечивает защиту внутренних охлаждаемых полостей.US patent 4080486, which describes a method of diffusion powder coating of aluminide coatings on the outer surfaces of parts, after applying a vacuum-plasma coating of the MeCrAlY system, does not use all the possibilities to provide maximum resistance to gas corrosion and does not protect the internal cooled cavities.
В Европейском патенте ЕР 0-897-996 А1 описывается комплексное покрытие для матриц из жаропрочных сплавов на никелевой или кобальтовой основе, таких как лопатки турбин ГТД. Указанное запатентованное комплексное покрытие представляет собой покрытие типа MeCrAlY, где Me - элемент, выбранный из железа, никеля или кобальта, которое подвергается алитированию методом диффузионного насыщения газофазным методом, в том числе создание диффузионного алюминидного покрытия поверх системы MeCrAlY на наружных поверхностях и алюминидного покрытия на внутренних поверхностях покрываемого изделия, как с платиновым подслоем, так и без него.In European patent EP 0-897-996 A1 describes a complex coating for matrices made of heat-resistant alloys on a nickel or cobalt basis, such as turbine turbine blades. The specified patented complex coating is a coating of the MeCrAlY type, where Me is an element selected from iron, nickel or cobalt, which is aluminized by diffusion saturation by the gas-phase method, including the creation of a diffusion aluminide coating over the MeCrAlY system on the outer surfaces and an aluminide coating on the inner the surfaces of the coated product, both with and without a platinum sublayer.
Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению, но оставляет возможности для дальнейшего увеличения стойкости против отслаивания покрытия и эрозии, увеличению термической усталости сплава с покрытием, а также повышению стойкости к сульфидной коррозии.This method is the closest to the proposed invention, but leaves room for a further increase in resistance against peeling of the coating and erosion, to increase the thermal fatigue of the coated alloy, and also to increase resistance to sulfide corrosion.
В патенте РФ №2073742 заявлен способ получения защитного покрытия на сплавах, состоящий из нанесения слоя из многокомпонентного сплава Ni-Cr-Al-Ta-Y и последующего хромоалитирования порошковым методом и закалкой из вакуумной печи от 1200°С.RF patent No. 2073742 claims a method for producing a protective coating on alloys, consisting of applying a layer of a multicomponent alloy Ni-Cr-Al-Ta-Y and subsequent chromoalithium powder coating and quenching from a vacuum furnace from 1200 ° C.
В этом случае также остается возможность увеличения служебных свойств покрытия и повышения долговечности детали с покрытием.In this case, it also remains possible to increase the service properties of the coating and increase the durability of the coated part.
Патент РФ №2113538 описывает способ импульсно-периодической ионной и плазменной обработки изделий и устройство для его осуществления, в котором предусмотрено устройство для непрерывной генерации плазмы, а дозы облучения ионами регулируется за счет изменения частоты следования и длительности импульсов и изменением расстояния от источника до изделия. В этом патенте вопросы формирования покрытий и возможности использования заявленного устройства для совершенствования технологии покрытий не рассматриваются.RF patent №2113538 describes a method of pulse-periodic ion and plasma treatment of products and a device for its implementation, which provides a device for continuous generation of plasma, and the dose of irradiation with ions is regulated by changing the repetition rate and pulse duration and changing the distance from the source to the product. In this patent, questions of coating formation and the possibility of using the claimed device to improve coating technology are not considered.
Заявленный в патенте РФ №2029796 способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий, предусматривает обработку поверхности изделий, в частности пластин из быстрорежущей стали, направленным пуском ускоренных частиц перед нанесением покрытия для частичного разрушения хрупких пассивирующихся фаз в поверхности, что позволило несколько повысить связь между покрытием и основой.The method of combined ion-plasma treatment of products claimed in the RF patent No. 2029796 provides for surface treatment of products, in particular, high-speed steel plates, by directing the launch of accelerated particles before coating to partially break brittle passivating phases in the surface, which allowed to slightly increase the bond between the coating and basis.
Настоящее изобретение посвящено проблеме долговечности и надежности деталей машиностроения, и в частности, изготовленных из жаропрочных сплавов на основе железа, никеля, кобальта с высокотемпературными комплексными защитными покрытиями, а именно совершенствованию методов нанесения комплексных защитных покрытий на детали и, в особенности, на лопатки газовых турбин.The present invention is devoted to the problem of durability and reliability of engineering parts, and in particular, made of heat-resistant alloys based on iron, nickel, cobalt with high-temperature complex protective coatings, namely, improving methods for applying complex protective coatings to parts and, in particular, to gas turbine blades .
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Предметом настоящего изобретения является способ нанесения комплексного защитного покрытия на поверхность деталей из жаропрочных сплавов на основе железа, никеля, или кобальта, состоящего из нескольких микрослоев различного назначения и толщины: микрослоев с высокими характеристиками жаростойкости; микрослоев с высокой пластичностью; барьерных микрослоев, препятствующих диффузии компонентов покрытия в основу и между слоями; микрослоев, способствующих прочной связи покрытия с основой и различных микрослоев между собой; коррозионностойких микрослоев, обеспечивающих стойкость к коррозии; теплобарьерных микрослоев, снижающих температуру основного жаропрочного сплава детали.The subject of the present invention is a method for applying a comprehensive protective coating to the surface of parts made of heat-resistant alloys based on iron, nickel, or cobalt, consisting of several microlayers for various purposes and thicknesses: microlayers with high heat resistance characteristics; microlayers with high ductility; barrier microlayers, preventing the diffusion of coating components into the base and between layers; microlayers, promoting a strong bond of the coating with the base and various microlayers with each other; Corrosion-resistant microlayers providing resistance to corrosion; heat-barrier microlayers that reduce the temperature of the main heat-resistant alloy parts.
Некоторые микрослои выполняют одновременно несколько функций. Например, интерметаллидные слои служат поставщиками компонентов в наружную зону для восстановления выработанных оксидных фаз, например алюминия, и препятствуют диффузии во внутренние слои и в основной жаропрочный сплав.Some microlayers perform several functions simultaneously. For example, intermetallic layers serve as suppliers of components to the outer zone to restore the generated oxide phases, such as aluminum, and prevent diffusion into the inner layers and into the main heat-resistant alloy.
Основными видами микрослоев в заявленном способе нанесения покрытий являются:The main types of microlayers in the claimed method of coating are:
- (ИМ) интерметаллидные микрослои типа Me1Me2, Me1(Me2)3, где Me1- Ni, Co, Fe, a Me2- Al, Ti, Zr, Si, Cr и твердых растворов на основе этих фаз;- (IM) intermetallic microlayers of the type Me 1 Me 2 , Me 1 (Me 2 ) 3 , where Me 1 is Ni, Co, Fe, a Me 2 is Al, Ti, Zr, Si, Cr and solid solutions based on these phases ;
- (ПМ) промежуточные микрослои, образованные в результате ионной имплантации в основу, или в нанесенные микрослои элементов из группы: нейтральных газов, углерода, хрома, алюминия, кремния и элементов групп IIIA (Sc, Y, La), и IYA (Ti, Zr, Hf).- (PM) intermediate microlayers formed as a result of ion implantation into the base, or into deposited microlayers of elements from the group: neutral gases, carbon, chromium, aluminum, silicon and elements of groups IIIA (Sc, Y, La), and IYA (Ti, Zr, Hf).
- (МКС) микрослои из многокомпонентных конденсированных сплавов следующих типов (Co, Ni)-Cr-Al-Y и Al-Cr-Si-Ni-Y, Al-Ni-Si-Y;- (MKS) microlayers of multicomponent condensed alloys of the following types (Co, Ni) -Cr-Al-Y and Al-Cr-Si-Ni-Y, Al-Ni-Si-Y;
- (ОС) оксидных слоев, состоящих из ZrO2, Y2О3, MgO, Al2О3, СаО и шпинелей этих оксидов.- (OS) oxide layers consisting of ZrO 2 , Y 2 O 3 , MgO, Al 2 O 3 , CaO and spinels of these oxides.
Предметом данного изобретения является способ нанесения комплексных защитных многослойных покрытий и увеличения долговечности деталей машин путем сочетания и одновременного использования диффузионных, вакуумно-плазменных, электронно-лучевых технологий, ионной имплантации и отжигов в контролируемых атмосферах.The subject of this invention is a method for applying complex protective multilayer coatings and increasing the durability of machine parts by combining and simultaneously using diffusion, vacuum-plasma, electron beam technologies, ion implantation and annealing in controlled atmospheres.
Сущность способа, заявленного в изобретении, состоит в том, что выбирается наиболее эффективное сочетание отдельных микрослоев и их нанесение происходит одновременно или последовательно с ионной имплантацией выбранных элементов в поверхностные слои. Это позволяет получить защитные покрытия с более высоким комплексом характеристик и существенно увеличить долговечность деталей машин, в частности, лопаток газовых турбин в эксплуатации.The essence of the method claimed in the invention is that the most effective combination of individual microlayers is selected and their deposition occurs simultaneously or sequentially with ion implantation of the selected elements into the surface layers. This allows you to get a protective coating with a higher range of characteristics and significantly increase the durability of machine parts, in particular, gas turbine blades in operation.
Вторым предметом данного изобретения являются установки для нанесения многослойных защитных покрытий на детали машин, и особенно на лопатки газовых турбин, которые обеспечивают управление энергией ионов, и, следовательно, проведением различных операций в одной установке (очистка, распыление, травление, напыление, имплантация) с сохранением высоких характеристик подготовки и чистоты (ювенильности) поверхности. Диффузионная металлизация циркуляционным газовым методом и термическая обработка в контролируемых атмосферах обеспечивают защиту труднодоступных поверхностей деталей от окисления и газовой коррозии и формирование оптимальных по составу и структуре оксидных фаз.The second subject of this invention are installations for applying multilayer protective coatings on machine parts, and especially on gas turbine blades, which provide ion energy control and, therefore, various operations in one installation (cleaning, spraying, etching, sputtering, implantation) with maintaining high characteristics of preparation and cleanliness (juvenile) of the surface. Diffusion metallization by the circulating gas method and heat treatment in controlled atmospheres provide protection of hard-to-reach parts surfaces from oxidation and gas corrosion and the formation of oxide phases that are optimal in composition and structure.
Поставленные цели достигаются тем, что используется способ нанесения комплексных многослойных защитных покрытий, причем состав, структура и свойства фаз в этих покрытиях модифицированы за счет ионной имплантации и применения дополнительных термических обработок.The goals are achieved by the fact that the method of applying complex multilayer protective coatings is used, and the composition, structure and properties of the phases in these coatings are modified due to ion implantation and the use of additional heat treatments.
При ионно-плазменном напылении конденсация элементов покрытия происходит на поверхности детали при ее непрерывном вращении в камере установки. В каждый данный момент времени на поверхности образуются новые слои конденсирующихся материалов, толщина которых сопоставима с глубиной имплантации ионов промышленными источниками. Следовательно, глубина модифицируемой зоны зависит от режимов напыления и параметров ионной имплантации. Поэтому имплантация непосредственно в процессе осаждения покрытия сопровождается более выраженными эффектами, чем последовательное осуществление указанных процессов. Выбор режимов нанесения покрытия и ионной имплантации проводится в зависимости от требований к свойствам различных микрослоев и покрытия в целом.In ion-plasma spraying, the condensation of the coating elements occurs on the surface of the part during its continuous rotation in the installation chamber. At each given point in time, new layers of condensable materials are formed on the surface, the thickness of which is comparable to the depth of ion implantation by industrial sources. Consequently, the depth of the modified zone depends on the spraying conditions and the parameters of ion implantation. Therefore, implantation directly in the process of coating deposition is accompanied by more pronounced effects than the sequential implementation of these processes. The choice of coating and ion implantation modes is carried out depending on the requirements for the properties of various microlayers and the coating as a whole.
Количество микрослоев в комплексном покрытии определяется условиями работы детали и меняются в пределах 3-300, а толщина отдельных микрослоев составляет от 0,01 до 300 мкм. Порядок нанесения различных микрослоев и их толщина, а также режимы имплантационных обработок выбираются в зависимости от назначения детали и ее ресурса работы. Между микрослоями могут образовываться диффузионные зоны как в процессе нанесения покрытий, так и при отжигах, или в процессе работы.The number of microlayers in a complex coating is determined by the working conditions of the part and vary within 3-300, and the thickness of individual microlayers is from 0.01 to 300 microns. The procedure for applying various microlayers and their thickness, as well as the modes of implantation treatments are selected depending on the purpose of the part and its service life. Between microlayers, diffusion zones can form both during the coating process, and during annealing, or during operation.
Для осуществления настоящего изобретения используются технологии диффузионного насыщения металлами - диффузионная металлизация через газовую фазу или порошковыми методами, установки нанесения многокомпонентных конденсационных покрытий, дополнительно оборудованные ионными импланторами, а также печное оборудование с контролируемыми атмосферами для формирования диффузионных зон и оксидных слоев.For the implementation of the present invention, diffusion saturation metal technologies are used — diffusion metallization through the gas phase or by powder methods, multi-component condensation coatings, additionally equipped with ion implants, as well as furnace equipment with controlled atmospheres for the formation of diffusion zones and oxide layers.
Описание чертежейDescription of drawings
Фиг.1. Блок-схема установки МАП-1 для нанесения покрытий и ионной имплантации.Figure 1. MAP-1 installation block diagram for coating and ion implantation.
Фиг.2. Схема комплексного покрытия на лопатке авиационного двигателя из жаропрочного сплава с воздухоохлаждаемыми каналами: 1. (ЖС) жаропрочный сплав детали, 2. (ПМ1) промежуточный модифицированный микрослой, 3. (МКС) - многокомпонентный конденсационный слой, 4. (ПМ2) - промежуточный имплантационный микрослой, 5. (ИМ) - интерметаллидный слой, 6. (ПМ3) - промежуточный имплантационный микрослой, 7. (ОС) - внешний оксидный слой, 8. (ПМ4) - наружный модифицированный слой оксидов.Figure 2. Scheme of complex coating on the blade of an aircraft engine made of heat-resistant alloy with air-cooled channels: 1. (ZhS) heat-resistant alloy of the part, 2. (PM1) intermediate modified microlayer, 3. (MKS) - multicomponent condensation layer, 4. (PM2) - intermediate implantation microlayer, 5. (IM) - intermetallic layer, 6. (PM3) - intermediate implantation microlayer, 7. (OS) - external oxide layer, 8. (PM4) - external modified oxide layer.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Схема установки для ионно-плазменного в сочетании с ионной имплантацией нанесения покрытий приведена на фиг.1.The installation diagram for ion-plasma in combination with ion implantation of the coating is shown in figure 1.
Установка предусматривает камеру для ионно-плазменного напыления с вращающимся столом для установки деталей, системы подачи и регулирования нейтральных и реакционных газов в рабочую камеру, системы контроля и регулирования параметров ионной очистки и напыления, системы контроля и регулирования температуры деталей.The installation provides an ion-plasma spraying chamber with a rotating table for installing parts, a system for supplying and regulating neutral and reaction gases to the working chamber, a system for monitoring and controlling the parameters of ion cleaning and spraying, and a system for monitoring and controlling the temperature of parts.
В крышке рабочей камеры установки монтируется ионный источник, в котором предусмотрено получение ионов нейтральных и реакционных газов (азота, ацетилена, метана, диборана, кислорода) для соответствующей имплантации ионами нейтральных газов (аргона, неона). С этой целью источник снабжен автономной системой подачи и регулировки газовых смесей. Кроме того, в имплантере предусмотрен источник металлических ионов. Установка имплантера в крышке установки ионно-плазменного напыления производится таким образом, чтобы поток высокоэнергетических ионов был направлен на поверхность деталей, которые вращаются с помощью планетарного механизма. При установке имплантера также предусмотрена задвижка для защиты ионного источника от нежелательного напыления элементами при ионно-плазменном нанесении покрытий на детали.An ion source is mounted in the lid of the working chamber of the installation, which provides for the production of ions of neutral and reaction gases (nitrogen, acetylene, methane, diborane, oxygen) for the corresponding implantation by ions of neutral gases (argon, neon). For this purpose, the source is equipped with an autonomous system for supplying and adjusting gas mixtures. In addition, a source of metal ions is provided in the implant. Installation of the implant in the cover of the ion-plasma spraying unit is carried out in such a way that the flow of high-energy ions is directed to the surface of parts that rotate using the planetary mechanism. When installing the implant, a valve is also provided to protect the ion source from unwanted sputtering by elements during ion-plasma coating of parts.
Например, в качестве установки для напыления многокомпонентных сплавов и имплантации были использованы модернизированные промышленные установки МАП-1, а для нанесения переходных слоев и ионного перемешивания нейтральными газами установки на базе ННВ 6,6, в которых устанавливались ионные источники с ненакаливаемым катодом, ускоряющим напряжением 10-40 кВ, площадью сечения пучка 100 см2 и током пучка 10-75 мА.For example, the MAP-1 modernized industrial installations were used as a unit for spraying multicomponent alloys and implantation, and for the application of transition layers and ion-neutral neutral-gas mixing, installations based on ННВ 6,6, in which ion sources with an incandescent cathode with an accelerating voltage of 10 were installed -40 kV, a beam cross-sectional area of 100 cm 2 and a beam current of 10-75 mA.
Диффузионная металлизация производится в установках циркуляционного газового нанесения покрытий, или порошковым методом.Diffusion metallization is carried out in gas circulating coating plants, or by powder method.
Различное количество микрослоев, их состав и толщина достигается путем изменения условий диффузионной металлизации (временем, составом диффундирующих элементов, температурой и режимом насыщения) или изменением режимов ионно-плазменного напыления и ионной имплантации (температурно-временным режимом, энергией и составом плазмы, параметрами ионной имплантации).A different number of microlayers, their composition and thickness is achieved by changing the conditions of diffusion metallization (time, composition of diffusing elements, temperature and saturation mode) or by changing the modes of ion-plasma deposition and ion implantation (temperature-time regime, plasma energy and composition, ion implantation parameters )
Под термином микрослой в данной заявке понимается слой чистого металла, или многокомпонентного сплава, или соединения нескольких металлов между собой - интерметаллидов, или твердых растворов на основе этих интерметаллидов, или соединений металлов с неметаллами. Микрослои наносятся с помощью ионов или нейтральных частиц в среде подходящего состава.The term microlayer in this application means a layer of a pure metal, or a multicomponent alloy, or a compound of several metals among themselves - intermetallic compounds, or solid solutions based on these intermetallic compounds, or metal compounds with non-metals. The microlayers are applied using ions or neutral particles in an environment of suitable composition.
Толщина отдельного микрослоя выбирается в пределах 0,01-100 мк. Количество микрослоев в покрытии зависит от условий работы детали и составляет от 3 до 300.The thickness of an individual microlayer is selected in the range of 0.01-100 microns. The number of microlayers in the coating depends on the working conditions of the part and ranges from 3 to 300.
Микрослой может быть дискретным слоем, отличающимся от основного материала детали, или другого ранее нанесенного микрослоя, или может составлять с ними некоторую смесь.The microlayer may be a discrete layer, different from the main material of the part, or another previously applied microlayer, or may comprise some mixture with them.
Интерметаллидные микрослои (ИМ), имеющие фазовый состав: Me1Me2 - (β) и Me1(Me2)3 - (γ1), твердых растворов - (γ), где M1 - никель, кобальт, железо, а М2 - алюминий, титан и другие легирующие элементы. Указанные слои наносят на основной жаропрочный сплав на основе железа, никеля или кобальта или на слой покрытия, полученный ионно-плазменным осаждением, электронно-лучевым напылением или имплантацией, с помощью процесса диффузионной металлизации, или ионно-плазменным напылением и отжигом.Intermetallic microlayers (IM) having a phase composition: Me 1 Me 2 - (β) and Me 1 (Me 2 ) 3 - (γ 1 ), solid solutions - (γ), where M 1 is nickel, cobalt, iron, and M 2 - aluminum, titanium and other alloying elements. These layers are applied to a basic heat-resistant alloy based on iron, nickel or cobalt or to a coating layer obtained by ion-plasma deposition, electron beam sputtering or implantation using a diffusion metallization process, or by ion-plasma sputtering and annealing.
Диффузионная металлизация осуществляется предпочтительно через газовую фазу, например, газовым циркуляционным нанесением (алитированием, хромоалитированием, алюмосилицированием, бороалитированием, цирконалитированием).Diffusion metallization is preferably carried out through the gas phase, for example, by gas circulation deposition (alitization, chromoalation, aluminosiliconation, boroalitization, zirconalization).
Интерметаллидные микрослои (ИМ) в другом варианте получают путем сочетания ионно-плазменного напыления сплава соответствующего состава и диффузионного отжига в контролируемой атмосфере.Intermetallic microlayers (MI) in another embodiment are obtained by combining ion-plasma deposition of an alloy of the appropriate composition and diffusion annealing in a controlled atmosphere.
Промежуточные микрослои (ПМ) образуются в результате ионной имплантации нейтральными газами, или углеродом, или хромом, или кремнием, или металлами, выбранными из группы IIIA-IYA (Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf) или их сочетанием.Intermediate microlayers (PM) are formed as a result of ion implantation with neutral gases, or carbon, or chromium, or silicon, or metals selected from group IIIA-IYA (Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf), or a combination thereof.
В другом случае промежуточные микрослои (ПМ) получают путем ионно-плазменного нанесения указанных металлов на подготовленную поверхность, ионного перемешивания при бомбардировке нейтральным газом, или углеродом, или кислородом.In another case, intermediate microlayers (PM) are obtained by ion-plasma deposition of these metals on the prepared surface, ion mixing during bombardment with a neutral gas, or carbon, or oxygen.
Микрослои конденсационного многокомпонентного сплава (МКС), например сплавы типа Ni-Cr-Al-Y, Ni-Co-Cr-Al-Y, Al-Cr-Si-Ni-Y, Al-Si-Ni-B наносят на установке ионно-плазменного напыления, или электронно-лучевой установке.Microlayers of a condensation multicomponent alloy (MCS), for example, alloys of the type Ni-Cr-Al-Y, Ni-Co-Cr-Al-Y, Al-Cr-Si-Ni-Y, Al-Si-Ni-B, are applied ionically -plasma spraying, or electron beam installation.
Один или несколько слоев комплексного покрытия подвергается ионной имплантации для создания более прочной связи между слоями и повышения эксплуатационных характеристик покрытия. При этом образуются соединения с более высокими силами связи между компонентами и создаются новые соединения, существование которых не соответствует равновесным диаграммам состояния, а также происходят изменения в структуре отдельных микрослоев и покрытия в целом.One or more layers of the complex coating undergoes ion implantation to create a stronger bond between the layers and improve the performance of the coating. In this case, compounds with higher bonding forces between the components are formed and new compounds are created whose existence does not correspond to the equilibrium state diagrams, as well as changes in the structure of individual microlayers and the coating as a whole.
Рождение новых соединений происходит параллельно с процессами дефектообразования, возникают ультрадисперсные и аморфные структуры, происходят структурные переходы с возникновением более плотных упаковок, например из ОЦК в ГЦК и ГПУ.The birth of new compounds occurs in parallel with the processes of defect formation, ultrafine and amorphous structures appear, structural transitions occur with the appearance of denser packings, for example, from bcc to fcc and hcp.
Образующиеся при дозах выше 1016 ион/см2 преципитаты химических соединений металлов с неметаллическими элементами и интерметаллидов являются весьма стабильными и обладают высокими силами межатомных связей. Имплантация таких элементов, как иттрий, лантан, скандий, гафний тормозит отслаивание окисных пленок, снижает скорость окисления и увеличивает прочность сцепления оксидов и металла. Концентрация имплантируемого элемента в тонком поверхностном слое значительно выше, чем при объемном легировании, поэтому свойства поверхностных пленок резко отличаются от свойств сплавов данных компонентов. Например, при объемном легировании металлов иттрием, лантаном и другими редкоземельными элементами снижается их конструктивная прочность и пластичность, в то время как поверхностное легирование, не изменяя прочности, положительно сказывается на сопротивлении газовой коррозии.Precipitates of chemical compounds of metals with nonmetallic elements and intermetallic compounds formed at doses above 10 16 ion / cm 2 are very stable and have high interatomic bond strengths. The implantation of elements such as yttrium, lanthanum, scandium, hafnium inhibits peeling of oxide films, reduces the oxidation rate and increases the adhesion strength of oxides and metal. The concentration of the implantable element in a thin surface layer is much higher than with bulk doping, therefore, the properties of surface films differ sharply from the properties of the alloys of these components. For example, with bulk alloying of metals with yttrium, lanthanum and other rare-earth elements, their structural strength and ductility decrease, while surface alloying, without changing the strength, positively affects the resistance to gas corrosion.
Дальнейшей стадией нанесения комплексного покрытия является газоплазменное, шликерное или электронно-лучевое нанесение теплозащитного керамического слоя, например стабилизированного иттрием оксида циркония.A further stage of applying the complex coating is gas-plasma, slip or electron-beam deposition of a heat-protective ceramic layer, for example, stabilized with yttrium zirconium oxide.
Еще одной операцией создания комплексного покрытия является отжиг в контролируемой атмосфере, или в вакууме с определенным остаточным давлением кислорода, для создания диффузионных зон в покрытии и формирования окисного поверхностного слоя оптимальной структуры и состава.Another step in creating a complex coating is annealing in a controlled atmosphere, or in vacuum with a certain residual oxygen pressure, to create diffusion zones in the coating and to form an oxide surface layer of optimal structure and composition.
И еще одной операцией является обработка с помощью ионного имплантора высокоэнергетическими потоками ионов инертных газов, кислорода или элементами из группы лантана, иттрия, циркония, магния после завершения термических и химико-термических обработок детали для модификации поверхностного слоя и оптимизации уровня остаточных напряжений.And another operation is the treatment with the help of an ion implant with high-energy flows of ions of inert gases, oxygen or elements from the group of lanthanum, yttrium, zirconium, magnesium after completion of thermal and chemical-thermal treatments of the part to modify the surface layer and optimize the level of residual stresses.
Для деталей, работающих при температурах 800-900°С и относительно невысокой агрессивности продуктах сгорания возможно использование простых алюминидных (ИМ) покрытий, полученных ионно-плазменным методом или диффузионной металлизацией с дополнительной модификацией поверхности жаропрочного сплава перед металлизацией, так и покрытия после осаждения.For parts operating at temperatures of 800-900 ° C and relatively low aggressiveness of the combustion products, it is possible to use simple aluminide (MI) coatings obtained by the ion-plasma method or diffusion metallization with additional modification of the surface of the heat-resistant alloy before metallization, as well as the coating after deposition.
В других случаях необходимо применять покрытия из многокомпонентных конденсированных сплавов (МКС) типа никель-кобальт-хром-алюминий-иттрий, с модификацией поверхности жаропрочного сплава перед напылением и покрытия после осаждения.In other cases, it is necessary to use coatings of multicomponent condensed alloys (MCS) of the nickel-cobalt-chromium-aluminum-yttrium type, with the surface modification of the heat-resistant alloy before spraying and coating after deposition.
Еще один из вариантов данного изобретения представляет сочетание процессов, использующих технологии газового циркуляционного нанесения покрытий и установки ионно-плазменного нанесения покрытий, оборудованные ионными имплантерами. Это позволяет обеспечить защиту как внутренних полостей охлаждаемых лопаток, так и наружных поверхностей детали путем создания на покрытии из сплава системы никель-кобальт-хром-алюминий-иттрий слоя интерметаллидов на основе сплавов никеля и алюминия с высокой стойкостью против окисления, причем стойкость такого покрытия улучшена за счет создания адгезионных слоев на границе основа-покрытие, а также в результате дополнительной имплантации в различные микрослои элементов, повышающих служебные свойства покрытия.Another embodiment of the present invention is a combination of processes using gas circulating coating technologies and ion-plasma coating systems equipped with ion implants. This allows you to protect both the internal cavities of the cooled blades and the outer surfaces of the part by creating an intermetallic layer based on nickel and aluminum alloys with a high oxidation resistance on the nickel-cobalt-chromium-aluminum-yttrium alloy coating, and the resistance of such a coating is improved due to the creation of adhesive layers at the base-coating interface, and also as a result of additional implantation into various micro-layers of elements that increase the service properties of the coating.
Один из вариантов предусматривает ионно-плазменное нанесение многокомпонентного конденсационного сплава и модификацию путем ионной имплантации микрослоев, в сочетании с диффузионной металлизацией путем создания слоя интерметаллидов алюминия и никеля, легированных хромом, кремнием и нанесением теплобарьерной оксидной керамики на электронно-лучевой установке или методом газотермического напыления.One option involves ion-plasma deposition of a multicomponent condensation alloy and modification by ion implantation of microlayers, in combination with diffusion metallization by creating a layer of intermetallic compounds of aluminum and nickel alloyed with chromium, silicon and applying thermal barrier oxide ceramics to an electron-beam installation or by thermal spraying.
Комплексное покрытие содержит различное количество микрослоев: на сплав наносится ионно-плазменным методом барьерный микрослой, например карбиды хрома, или гафния, который препятствует диффузии элементов покрытия в жаропрочный сплав и элементов сплава в покрытие. Далее наносится интерметаллидный слой, например, путем ионно-плазменного напыления сплава на основе алюминия типа Al-Ni-Si, одновременно проводится ионная имплантация иттрием. Далее наносится ионно-плазменным методом многокомпонентный сплав типа Ni-Cr-Al-Y, и после еще одной ионной имплантации иттрием деталь подвергают диффузионной металлизации путем алитирования или алюмосилицирования через газовую фазу циркуляционным методом. Указанная технологическая операция дает возможность защитить внутренние воздухоохлаждаемые каналы и увеличить жаростойкость и коррозионную стойкость наружных поверхностей детали.The complex coating contains a different number of microlayers: a barrier microlayer, for example, chromium carbides, or hafnium, which prevents diffusion of coating elements into a heat-resistant alloy and alloy elements into the coating, is applied by an ion-plasma method. Then an intermetallic layer is deposited, for example, by ion-plasma spraying of an alloy based on aluminum of the Al-Ni-Si type, and yttrium ion implantation is simultaneously carried out. Next, a multicomponent alloy of the Ni-Cr-Al-Y type is applied by the ion-plasma method, and after another ion implantation with yttrium, the part is subjected to diffusion metallization by alimentation or aluminosilication through the gas phase by the circulation method. The specified technological operation makes it possible to protect the internal air-cooled channels and to increase the heat resistance and corrosion resistance of the outer surfaces of the part.
Далее на наружные поверхности наносится слой оксидов, например оксидов циркония, стабилизированных оксидами иттрия для увеличения их стойкости и предотвращения фазовых превращений в оксидной фазе. Следующая обработка путем отжига в вакууме и ионной имплантации иттрием формирует на поверхности плотную окисную пленку, увеличивая жаростойкость и коррозионную стойкость детали, а также уменьшая величину внутренних напряжений в покрытии.Next, a layer of oxides, for example zirconium oxides stabilized with yttrium oxides, is applied to the outer surfaces to increase their stability and prevent phase transformations in the oxide phase. The following treatment by vacuum annealing and ion implantation with yttrium forms a dense oxide film on the surface, increasing the heat resistance and corrosion resistance of the part, as well as reducing the internal stresses in the coating.
В другом случае конденсационный многокомпонентный сплав наносился непосредственно на жаропрочный сплав, а затем проводились те же операции, что и в предыдущем случае.In another case, a condensation multicomponent alloy was applied directly to a heat-resistant alloy, and then the same operations were performed as in the previous case.
Для осуществления целей данного изобретения деталь из жаропрочного сплава помещают в камеру вакуумно-плазменной установки после предварительной очистки и обезжиривания.For the purposes of this invention, a heat-resistant alloy part is placed in a chamber of a vacuum-plasma installation after preliminary cleaning and degreasing.
Известно, что при воздействии потоков энергетических частиц на металлическую поверхность происходят различные процессы: термическая активация и миграция атомов, десорбция, смещение атомов кристаллической решетки, увеличение сил сцепления, имплантация, распыление, возбуждение электронов и др.It is known that under the influence of flows of energy particles on a metal surface, various processes take place: thermal activation and migration of atoms, desorption, displacement of atoms of the crystal lattice, increase in adhesion forces, implantation, sputtering, excitation of electrons, etc.
В нашем случае подготовка поверхности предусматривает не только процессы десорбции и травления, но также модифицирование поверхности за счет ионной имплантации, ионного легирования или ионного перемешивания.In our case, surface preparation involves not only desorption and etching processes, but also surface modification due to ion implantation, ion doping, or ion mixing.
Таким образом, нанесение покрытий по заявленному способу требует выполнения всех или некоторых по выбору, следующих стадий:Thus, the coating according to the claimed method requires the performance of all or some of the optional, the following stages:
- операции ионной очистки поверхности (1),- ion surface cleaning operations (1),
- разогрева до заданной температуры (2),- warming up to a predetermined temperature (2),
- ионная имплантация элементами, выбранными из группы аргона, углерода, хрома, кремния, IIIA-IYA с целью модифицирования поверхности и увеличения адгезии покрытия к основе (3),- ion implantation with elements selected from the group of argon, carbon, chromium, silicon, IIIA-IYA in order to modify the surface and increase the adhesion of the coating to the base (3),
- нанесения ионно-плазменным методом микрослоя элементами, выбранными из группы IIIA-IYA, YIA (4),- deposition by ion-plasma method of a microlayer with elements selected from group IIIA-IYA, YIA (4),
- ионного перемешивания металлического микрослоя высокоэнергетическими ионами аргона (5),- ionic mixing of the metal microlayer with high-energy argon ions (5),
- напыления многокомпонентного конденсационного сплава (6),- spraying a multicomponent condensation alloy (6),
- имплантации нанесенного микрослоя элементами, выбранными из группы IIIA-IYA (7),- implantation of the applied micro layer by elements selected from group IIIA-IYA (7),
- диффузионной металлизации элементами, выбранными из группы алюминия, кремния, никеля, хрома, циркония, титана отдельно, или в различном сочетании (8),- diffusion metallization by elements selected from the group of aluminum, silicon, nickel, chromium, zirconium, titanium separately, or in a different combination (8),
- отжиг деталей в вакууме или в контролируемой атмосфере (9),- annealing of parts in a vacuum or in a controlled atmosphere (9),
- обработка путем ионной имплантации аргоном, кислородом, элементами, выбранными из групп IIIA-IYA (10).- treatment by ion implantation with argon, oxygen, elements selected from groups IIIA-IYA (10).
Схема одного из вариантов многослойного комплексного защитного покрытия, полученная по описанной технологии приведена на фиг.2.The scheme of one of the options for a multilayer complex protective coating obtained by the described technology is shown in figure 2.
Один из вариантов реализации данного изобретения предусматривает нанесение на вышеописанное покрытие керамического слоя для создания термического барьера с целью снижения рабочей температуры основного материала детали. Создание прочного переходного слоя для связи керамического теплобарьерного слоя с металлическим коррозионностойким покрытием является сложной технической задачей.One embodiment of the invention provides for applying a ceramic layer to the above coating to create a thermal barrier in order to reduce the operating temperature of the base material of the part. Creating a durable transition layer for bonding a ceramic heat-barrier layer with a metal corrosion-resistant coating is a difficult technical task.
В настоящем изобретении эта задача решается путем образования переходной адгезионной зоны, образованной имплантированными элементами, выбранными из группы IIIA-IYA с материалами поверхностного слоя нанесенного защитного покрытия. Такая переходная зона создается путем нанесения тонкого металлического слоя из указанных металлов в контролируемой атмосфере, ионной имплантацией, или ионным перемешиванием. Ионная имплантация осуществляется путем облучения высокоэнергетическими ионами указанных металлов на поверхностность покрытия, ионное перемешивание путем облучения высокоэнергетическими ионами нейтральных газов нанесенного тонкого слоя одного из указанных металлов. Возможно также сочетание процессов ионной имплантации и ионного перемешивания, а также ионная имплантация кислородом после нанесения тонкого слоя вышеуказанных металлов.In the present invention, this problem is solved by forming a transitional adhesive zone formed by implanted elements selected from group IIIA-IYA with materials of the surface layer of the applied protective coating. Such a transition zone is created by applying a thin metal layer of these metals in a controlled atmosphere, by ion implantation, or by ion stirring. Ion implantation is carried out by irradiation with high-energy ions of these metals to the surface of the coating, ionic mixing by irradiation of high-energy ions of neutral gases with a deposited thin layer of one of these metals. It is also possible to combine ion implantation and ion mixing processes, as well as oxygen ion implantation after applying a thin layer of the above metals.
Нанесение слоя теплозащитных оксидов проводили методами газоплазменного, электронно-лучевого или шликерного нанесения оксидов циркония, стабилизированных оксидами иттрия или других керамических материалов.The layer of heat-shielding oxides was applied by gas-plasma, electron-beam, or slip deposition of zirconium oxides stabilized with yttrium oxides or other ceramic materials.
Проведенный анализ показал, что предложенные технологические схемы по сравнению с известными соответствуют критериям охраноспособности, так как совокупность заявленных признаков не обнаружена в данной и смежных областях техники для решения поставленных в заявке задач. Достигнутый в конкретных примерах результат является не просто сложением примененных технологий, но позволяет получить эффекты по росту жаропрочности, термической усталости и коррозионной стойкости значительно выше, чем при использовании отдельных известных технических решений.The analysis showed that the proposed technological schemes, in comparison with the known ones, meet the eligibility criteria, since the totality of the claimed features was not found in this and related fields of technology to solve the tasks set in the application. The result achieved in specific examples is not just a combination of the applied technologies, but allows to obtain effects on the growth of heat resistance, thermal fatigue and corrosion resistance significantly higher than when using certain well-known technical solutions.
Ниже приведены технологические операции, которые выполнялись при нанесении покрытий на лопатки газовых турбин авиационных двигателей по различным вариантам и результаты их испытаний на жаростойкость, термическую усталость и стойкость при испытаниях в скоростных газовых потоках продуктов сгорания жидкого топлива.Below are the technological operations that were carried out when coating the blades of gas turbines of aircraft engines according to various options and the results of their tests for heat resistance, thermal fatigue and resistance when tested in high-speed gas flows of combustion products of liquid fuel.
Конкретные примеры реализации изобретения.Specific embodiments of the invention.
Пример 1. Покрытие КР-111.Example 1. Coating KR-111.
Покрытие на лопатку из жаропрочного сплава ЖС6К было нанесено путем следующих технологических операций:The coating on the blade of the heat-resistant alloy ZhS6K was applied by the following technological operations:
1. Очистка поверхности (абразивно-жидкостная обработка - АЖО, промывка, обезжиривание, сушка).1. Surface cleaning (abrasive-liquid treatment - AFL, washing, degreasing, drying).
2. Помещение в ионно-плазменную установку с ионным источником.2. The room in an ion-plasma installation with an ion source.
3. Ионная очистка.3. Ionic cleaning.
4. Нанесение микрослоя циркония 0,1-0,5 мкм.4. Application of a zirconium microlayer of 0.1-0.5 microns.
5. Ионная имплантация аргоном.5. Ion implantation with argon.
6. Помещение в установку циркуляционного нанесения покрытий через газовую фазу, нанесение алюминидного слоя толщиной 50-60 мкм.6. The room in the installation of circulating coating through the gas phase, the application of aluminide layer with a thickness of 50-60 microns.
7. Помещение в ионно-плазменную установку с ионным источником, нанесение микрослоя циркония толщиной 2-5 мкм.7. Placement in an ion-plasma installation with an ion source, applying a microlayer of zirconium with a thickness of 2-5 microns.
8. Ионная имплантация аргоном.8. Ion implantation with argon.
9. Отжиг в вакууме 10-2 Па при 1050°С в течение 60 мин.9. Annealing in vacuum of 10 -2 Pa at 1050 ° C for 60 minutes
Пример 2. Покрытие КР-112.Example 2. Coating KR-112.
Покрытие на лопатку газовой турбины из жаропрочного сплава ЖС6У нанесено путем следующих технологических операций:The coating on the blade of a gas turbine made of heat-resistant alloy ZhS6U is applied by the following technological operations:
1. Очистка поверхности (АЖО, промывка, УЗ ванна, обезжиривание, сушка);1. Surface cleaning (AFL, washing, ultrasonic bath, degreasing, drying);
2. Помещение деталей в промышленную ионно-плазменную установку типа МАП-1, оборудованную дополнительно ионным источником.2. Placement of parts in an industrial ion-plasma installation of the MAP-1 type, equipped with an additional ion source.
3. Ионная очистка поверхности при напряжении на детали U=250-280 В, величине ионного тока 40 А, токе вакуумной дуги 400-750 А, 3-10 мин.3. Ion cleaning of the surface at a voltage of U = 250-280 V, an ion current of 40 A, a vacuum arc current of 400-750 A, 3-10 min.
4. Ионная имплантация La (U=10-40 kV, J=20 mA, D=1·1017 sm-2).4. Ion implantation La (U = 10-40 kV, J = 20 mA, D = 1 · 10 17 sm -2 ).
5. Нанесение конденсационного покрытия системы Ni-Co(20)-Cr(18)-Al(12)-Y(0,5)% вес толщиной 40-50 мкм.5. The application of the condensation coating of the Ni-Co (20) -Cr (18) -Al (12) -Y (0.5)% weight system with a thickness of 40-50 microns.
6. Ионная имплантация La.6. Ion implantation La.
7. Газовое циркуляционное хромоалитирование (толщиной 20-30 мкм).7. Gas circulating chromoalitization (20-30 microns thick).
8. Ионная имплантация лантаном.8. Ion implantation with lanthanum.
9 Отжиг в вакууме при давлении 10-2 Па при 1150°С в течение 60 мин.9 Annealing in vacuum at a pressure of 10 -2 Pa at 1150 ° C for 60 minutes
10. Ионная имплантация лантаном.10. Ion implantation with lanthanum.
Пример 3. Покрытие КР-113 наносится на лопатку газовой турбины из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:Example 3. The coating KR-113 is applied to the blade of a gas turbine made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Предварительная очистка, ионная очистка, имплантация аргоном.1. Pre-treatment, ion cleaning, argon implantation.
2. Ионно-плазменное напыление карбида хрома толщиной 1-2 мкм.2. Ion-plasma deposition of chromium carbide with a thickness of 1-2 microns.
3. Ионное перемешивание аргоном (U=30-40 kV, J=10-20 mA, D=1017 sm-2).3. Ion mixing with argon (U = 30-40 kV, J = 10-20 mA, D = 10 17 sm -2 ).
4. Напыление многокомпонентного сплава состава Ni-Co20-Cr18-Al12-Y0,6 толщиной 40-50 мкм.4. Spraying a multicomponent alloy of the composition Ni-Co20-Cr18-Al12-Y0.6 with a thickness of 40-50 microns.
5. Имплантация аргоном микрослоя МКС.5. Argon implantation of the ISS microlayer.
6. Газовое циркуляционное алюмосилицирование толщиной слоя 30-40 мкм.6. Gas circulating aluminosilicon with a layer thickness of 30-40 microns.
7. Имплантация аргоном микрослоя интерметаллидов.7. Argon implantation of a microlayer of intermetallic compounds.
8. Отжиг в аргоне при температуре 1050°С.8. Annealing in argon at a temperature of 1050 ° C.
9. Имплантация аргоном.9. Argon implantation.
Пример 4. Покрытие КР-114 наносят на лопатку из жаропрочного сплава ЖС26 по следующим операциям:Example 4. The coating KR-114 is applied to a blade of heat-resistant alloy ZhS26 in the following operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Имплантация La.2. Implantation of La.
3. Нанесение сплава NiCo28Cr10Al12Y0,2 толщиной 40 мкм.3. Application of the alloy NiCo28Cr10Al12Y0.2 with a thickness of 40 microns.
4. Имплантация лантаном.4. Lanthanum implantation.
5. Нанесение многокомпонентного сплава Al12Si1,5Y толщиной 20 мкм.5. Application of a multicomponent Al12Si1.5Y alloy with a thickness of 20 μm.
6. Имплантация лантаном.6. Lanthanum implantation.
7. Отжиг в аргоне.7. Annealing in argon.
8. Имплантация аргоном.8. Argon implantation.
Пример 5. Покрытие КР-115.Example 5. Coating KR-115.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У следующими технологическими операциями:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy by the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Имплантация аргоном.2. Argon implantation.
3. Нанесение многокомпонентного сплава NiCo20Cr18Al14Y1,0.3. Application of a multicomponent alloy NiCo20Cr18Al14Y1.0.
4. Имплантация гафнием.4. Hafnium implantation.
5. Нанесение многокомпонентного сплава Al10Si8Ni7Y0,8.5. Application of a multicomponent Al10Si8Ni7Y0.8 alloy.
6. Имплантация гафнием.6. Hafnium implantation.
7. Отжиг в аргоне.7. Annealing in argon.
8. Имплантация аргоном.8. Argon implantation.
Пример 6. Покрытие КР-116.Example 6. Coating KR-116.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС26 по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS26 alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Нанесение циркония.2. Application of zirconium.
3. Ионное перемешивание аргоном.3. Ion mixing with argon.
4. Газовое циркуляционное алитирование толщиной 20 мкм.4. Gas circulation alitization with a thickness of 20 microns.
5. Имплантация аргоном.5. Argon implantation.
6. Нанесение многокомпонентного сплава NiCo20Cr18Al12Y0,6 толщиной 30 мкм.6. Application of a multicomponent alloy NiCo20Cr18Al12Y0.6 with a thickness of 30 microns.
7. Имплантация аргоном.7. Argon implantation.
8. Нанесение многокомпонентного сплава AlSi14Y1,5 толщиной 15 мкм.8. Application of a multicomponent AlSi14Y1.5 alloy with a thickness of 15 μm.
9. Имплантация аргоном.9. Argon implantation.
10. Отжиг в аргоне.10. Annealing in argon.
11. Имплантация аргоном.11. Argon implantation.
Пример 7. Покрытие КР-117.Example 7. Coating KR-117.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Нанесение скандия.2. Application of scandium.
3. Ионное перемешивание аргоном.3. Ion mixing with argon.
4. Нанесение сплава NiCo24Cr18Al12Y0,6 толщиной 30 мкм.4. Application of the alloy NiCo24Cr18Al12Y0.6 with a thickness of 30 microns.
5. Имплантация аргоном.5. Argon implantation.
6. Газовое циркуляционное алитирование.6. Gas circulation alitization.
7. Имплантация аргоном.7. Argon implantation.
8. Отжиг в вакууме 10-2Па, 1050°С, 1 час.8. Annealing in vacuum of 10 -2 Pa, 1050 ° C, 1 hour.
9. Имплантация аргоном.9. Argon implantation.
Пример 8. Покрытие КР-118.Example 8. Coating KR-118.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Нанесение скандия.2. Application of scandium.
3. Ионное перемешивание аргоном.3. Ion mixing with argon.
4. Газовое циркуляционное хромалитирование толщиной 20 мкм.4. Gas circulation chromizing of a thickness of 20 microns.
5. Нанесение скандия.5. Application of scandium.
6. Ионное перемешивание аргоном.6. Ion mixing with argon.
7. Нанесение слоя МКС NiCo20Cr18Al12Y0,5 толщиной 40 мкм.7. Application of the ISS layer NiCo20Cr18Al12Y0.5 with a thickness of 40 μm.
8. Газовое циркуляционное хромалитирование толщиной 20 мкм.8. Gas circulation chromizing of a thickness of 20 microns.
9. Имплантация аргоном.9. Argon implantation.
Пример 9. Покрытие КР-119.Example 9. Coating KR-119.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС26 по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS26 alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Нанесение циркония.2. Application of zirconium.
3. Ионное перемешивание аргоном.3. Ion mixing with argon.
4. Газовое циркуляционное хромалитирование толщиной 20 мкм.4. Gas circulation chromizing of a thickness of 20 microns.
5. Ионное перемешивание аргоном.5. Ion mixing with argon.
6. Нанесение многокомпонентного сплава CoCr28Ni30Al10Y0,3 толщиной 50 мкм.6. Deposition of a multicomponent alloy CoCr28Ni30Al10Y0.3 with a thickness of 50 μm.
7. Нанесение циркония.7. Application of zirconium.
8. Имплантация аргоном.8. Argon implantation.
9. Отжиг в аргоне.9. Annealing in argon.
10. Имплантация аргоном.10. Argon implantation.
Пример 10. Покрытие КР-120.Example 10. Coating KR-120.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying as in example 2.
2. Нанесение циркония, толщиной 1-5 мкм.2. Application of zirconium, 1-5 microns thick.
3. Ионное перемешивание аргоном.3. Ion mixing with argon.
4. Нанесение многокомпонентного сплава NiCo20Cr28Al10Y0,3 толщиной 60 мкм.4. Application of a multicomponent alloy NiCo20Cr28Al10Y0.3 with a thickness of 60 μm.
5. Нанесение циркония.5. Application of zirconium.
6. Ионное перемешивание аргоном.6. Ion mixing with argon.
7. Отжиг в аргоне.7. Annealing in argon.
8. Имплантация аргоном.8. Argon implantation.
Пример 11. Покрытие КР-121.Example 11. Coating KR-121.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка, как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying, as in example 2.
2. Имплантация аргоном.2. Argon implantation.
3. Газовое циркуляционное хромалитирование толщиной 50 мкм.3. Gas circulation chromizing of a thickness of 50 microns.
4. Ионное травление.4. Ion etching.
5. Имплантация аргоном.5. Argon implantation.
6. Нанесение многокомпонентного сплава AlSi8Ni8Zr2,5 толщиной 30 мкм.6. Application of a multicomponent AlSi8Ni8Zr2.5 alloy with a thickness of 30 μm.
7. Имплантация аргоном.7. Argon implantation.
8. Отжиг в аргоне.8. Annealing in argon.
9. Имплантация аргоном.9. Argon implantation.
Пример 12. Покрытие КР-122.Example 12. The coating KR-122.
Покрытие нанесено на лопатку из сплава ЖС6У по следующим технологическим операциям:The coating is applied to a blade made of ZhS6U alloy according to the following technological operations:
1. Очистка, промывка, сушка, как в примере 2.1. Cleaning, washing, drying, as in example 2.
2. Имплантация аргоном.2. Argon implantation.
3. Нанесение многокомпонентного сплава NiCr18Al12Y0,3 толщиной 40 мкм.3. Application of a multicomponent alloy NiCr18Al12Y0.3 with a thickness of 40 microns.
4. Имплантация аргоном.4. Argon implantation.
5. Газовое циркуляционное хромалитирование толщиной 30 мкм.5. Gas circulation chromizing of a thickness of 30 microns.
6. Имплантация аргоном.6. Argon implantation.
7. Нанесение керамического слоя ZrO2 Y2O3 электронно-лучевым методом толщиной 40 мкм.7. Application of a ceramic layer of ZrO 2 Y 2 O 3 by electron beam method with a thickness of 40 μm.
8. Имплантация иттрием.8. Yttrium implantation.
9. Нанесение керамического слоя ZrO2Y2O3 электронно-лучевым методом толщиной 40 мкм.9. The application of the ceramic layer of ZrO 2 Y 2 O 3 electron beam method with a thickness of 40 μm.
10. Имплантация иттрием.10. Yttrium implantation.
11. Отжиг в вакууме 10-2Па, 1050°С, 1 час.11. Annealing in vacuum of 10 -2 Pa, 1050 ° C, 1 hour.
**Испытания на коррозию тигельным методом в расплаве Na2S04+25%NaCl при 900°С, долговечность покрытия в часах/
***Испытания на термическую усталость при цикле 1200-200°С, время цикла 200 сек.* Heat resistance tests at 1200 ° C Δm = mg / sm 2 - weight loss per surface area.
** Tests for corrosion by crucible method in a Na2S04 + 25% NaCl melt at 900 ° С, coating durability in hours /
*** Thermal fatigue tests at a cycle of 1200-200 ° С, cycle time 200 sec.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121870/02A RU2264480C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002121870/02A RU2264480C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002121870A RU2002121870A (en) | 2004-04-10 |
| RU2264480C2 true RU2264480C2 (en) | 2005-11-20 |
Family
ID=35867302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002121870/02A RU2264480C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2264480C2 (en) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2349678C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Safety method against high-temperature oxidation of internal cavity surface of cooled turbine blades made of carbon-free heat-resistance alloy on basis of nickel |
| RU2370560C1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | PROCEDURE FOR PRODUCTION OF ALUMINIUM ADDITION ALLOY Al-Mg-Mn-Y FOR PRODUCTION OF ALUMINIUM ALLOYS |
| RU2371513C1 (en) * | 2008-09-17 | 2009-10-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of receivign of nanostructured film coatings (options) |
| RU2375497C1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-10 | Петр Тимофеевич Коломыцев | Procedure of application of protective coating on parts out of nickel alloys |
| RU2435872C2 (en) * | 2010-02-01 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Procedure for manufacture of heat resistant coating on blades of turbines of gas-turbine engines and power installations |
| RU2441103C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2441104C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2478139C2 (en) * | 2010-05-13 | 2013-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of ion-plasma application of coating in vacuum to surface of die impression from heat-resistant nickel alloy |
| RU2479669C2 (en) * | 2010-09-13 | 2013-04-20 | Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" | Thermal protective coating obtaining method |
| RU2495154C2 (en) * | 2012-01-10 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Application method onto metal part of complex coating for protection of part against hydrogen corrosion, which consists of many microlayers |
| RU2510430C2 (en) * | 2008-11-19 | 2014-03-27 | Арева Нс | Method of application of coating composed by the mix of glass and ceramics on metallic mould element |
| RU2534710C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Multi-layered coating for structural materials |
| 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 |
| RU2559606C1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-10 | Николай Константинович Криони | Method of chemical heat treatment of part from alloyed steel |
| RU2605394C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical heat treatment of parts made from cobalt-based alloy |
| RU2605029C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from titanium |
| RU2605395C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from nickel-based alloy |
| RU2606352C1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of chemical heat treatment of parts from titanium-based alloy |
| 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 |
| RU2689474C1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | METHOD OF PRODUCING COATING BASED ON INTERMETALLIDES OF Ti-Al SYSTEM SYNTHESIZED IN NITROGEN MEDIUM |
| RU2705834C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-11-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of applying coatings on articles made from materials intensely oxidised in air, and plant for its implementation |
| RU2793652C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method of combined boroaluminizing of tool steel |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2309194C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-10-27 | Виталий Степанович Гончаров | Heat-resistant cermet coat |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2208875A (en) * | 1987-08-21 | 1989-04-19 | Scient Coatings | Depositing surface layers using ion beans |
| GB2226334A (en) * | 1988-11-25 | 1990-06-27 | Atomic Energy Authority Uk | Multilayer coatings |
| RU94011658A (en) * | 1994-03-30 | 1996-05-20 | Самарское моторостроительное производственное объединение им.М.В.Фрунзе | Method of protection covering production |
| RU2063472C1 (en) * | 1993-06-11 | 1996-07-10 | Валерий Афанасьевич Богатов | Method and apparatus for plasma treatment of pieces |
| RU2078148C1 (en) * | 1993-07-05 | 1997-04-27 | Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" | Method of applying coating onto turbine blade |
-
2000
- 2000-04-10 RU RU2002121870/02A patent/RU2264480C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2208875A (en) * | 1987-08-21 | 1989-04-19 | Scient Coatings | Depositing surface layers using ion beans |
| GB2226334A (en) * | 1988-11-25 | 1990-06-27 | Atomic Energy Authority Uk | Multilayer coatings |
| RU2063472C1 (en) * | 1993-06-11 | 1996-07-10 | Валерий Афанасьевич Богатов | Method and apparatus for plasma treatment of pieces |
| RU2078148C1 (en) * | 1993-07-05 | 1997-04-27 | Акционерное общество открытого типа "Моторостроитель" | Method of applying coating onto turbine blade |
| RU94011658A (en) * | 1994-03-30 | 1996-05-20 | Самарское моторостроительное производственное объединение им.М.В.Фрунзе | Method of protection covering production |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2349678C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Safety method against high-temperature oxidation of internal cavity surface of cooled turbine blades made of carbon-free heat-resistance alloy on basis of nickel |
| RU2370560C1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | PROCEDURE FOR PRODUCTION OF ALUMINIUM ADDITION ALLOY Al-Mg-Mn-Y FOR PRODUCTION OF ALUMINIUM ALLOYS |
| RU2375497C1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-12-10 | Петр Тимофеевич Коломыцев | Procedure of application of protective coating on parts out of nickel alloys |
| RU2371513C1 (en) * | 2008-09-17 | 2009-10-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of receivign of nanostructured film coatings (options) |
| RU2510430C2 (en) * | 2008-11-19 | 2014-03-27 | Арева Нс | Method of application of coating composed by the mix of glass and ceramics on metallic mould element |
| RU2441103C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2441104C2 (en) * | 2009-04-28 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat |
| RU2435872C2 (en) * | 2010-02-01 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш" | Procedure for manufacture of heat resistant coating on blades of turbines of gas-turbine engines and power installations |
| RU2478139C2 (en) * | 2010-05-13 | 2013-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of ion-plasma application of coating in vacuum to surface of die impression from heat-resistant nickel alloy |
| RU2479669C2 (en) * | 2010-09-13 | 2013-04-20 | Научно-производственное некоммерческое партнерство "ТЕХНОПАРК АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ" | Thermal protective coating obtaining method |
| RU2495154C2 (en) * | 2012-01-10 | 2013-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Application method onto metal part of complex coating for protection of part against hydrogen corrosion, which consists of many microlayers |
| 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 |
| RU2534710C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Multi-layered coating for structural materials |
| 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 |
| RU2559606C1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-10 | Николай Константинович Криони | Method of chemical heat treatment of part from alloyed steel |
| RU2605029C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from titanium |
| RU2605395C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from nickel-based alloy |
| RU2606352C1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of chemical heat treatment of parts from titanium-based alloy |
| RU2605394C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical heat treatment of parts made from cobalt-based alloy |
| RU2705834C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-11-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of applying coatings on articles made from materials intensely oxidised in air, and plant for its implementation |
| RU2689474C1 (en) * | 2018-11-19 | 2019-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | METHOD OF PRODUCING COATING BASED ON INTERMETALLIDES OF Ti-Al SYSTEM SYNTHESIZED IN NITROGEN MEDIUM |
| RU2793652C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method of combined boroaluminizing of tool steel |
| RU2798440C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-06-22 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Method for relieving internal stresses in thin films of the topology of microwave microstrip boards using vacuum annealing |
| RU2818096C1 (en) * | 2023-08-09 | 2024-04-24 | Акционерное общество "ОДК-Климов" | Method of protecting blades and nozzle assembly of gas turbines |
| RU2835919C1 (en) * | 2024-05-29 | 2025-03-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | METHOD OF PRODUCING A COATING BASED ON Al2O3 WITH A PHASE OF γ-Al2O3 BY VACUUM-ARC DEPOSITION |
| RU2849757C1 (en) * | 2025-04-21 | 2025-10-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Method for obtaining multilayer heat-insulating coating on parts made of heat-resistant alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2264480C2 (en) | Method of deposition of protective coatings on details made out of refractory alloys | |
| Xu et al. | High-temperature oxidation behavior of CuAlNiCrFe high-entropy alloy bond coats deposited using high-speed laser cladding process | |
| US5834070A (en) | Method of producing protective coatings with chemical composition and structure gradient across the thickness | |
| US7229675B1 (en) | Protective coating method for pieces made of heat resistant alloys | |
| US5645893A (en) | Thermal barrier coating for a superalloy article and method of application | |
| US6255001B1 (en) | Bond coat for a thermal barrier coating system and method therefor | |
| US6440496B1 (en) | Method of forming a diffusion aluminide coating | |
| US4916022A (en) | Titania doped ceramic thermal barrier coatings | |
| JP4072213B2 (en) | A method for producing a product suitable for use in a gas turbine engine, which increases the adhesion between a thermal barrier coating and a bond coat by generating an α-Al 2 O 3 scale | |
| EP0987347B1 (en) | Thermal barrier coating system and method therefor | |
| US6998151B2 (en) | Method for applying a NiAl based coating by an electroplating technique | |
| US6562483B2 (en) | Method for improving the oxidation-resistance of metal substrates coated with thermal barrier coatings | |
| EP1897967B1 (en) | Nanolaminate thermal barrier coatings | |
| US6602356B1 (en) | CVD aluminiding process for producing a modified platinum aluminide bond coat for improved high temperature performance | |
| Streiff | Protection of materials by advanced high temperature coatings | |
| JP2007277722A (en) | Process for applying coating, bond coat composition, and coated article | |
| WO1996035826A1 (en) | Porous thermal barrier coating | |
| RU2002121870A (en) | METHOD FOR APPLYING PROTECTIVE COATINGS ON PARTS FROM HEAT-RESISTANT ALLOYS | |
| JP2008095191A (en) | Method for forming thermal barrier coating | |
| JP2004285423A (en) | Material coated with thermal barrier coating which is excellent in corrosion resistance and heat resistance and its manufacturing method | |
| RU2213802C2 (en) | Method of applying coating on alloys | |
| EP1939318A2 (en) | Carburization process for stabilizing nickel-based superalloys | |
| JP2005281865A (en) | Method for protecting article, and related composition | |
| GB2322382A (en) | A coated superalloy article | |
| US6485792B1 (en) | Endurance of NiA1 coatings by controlling thermal spray processing variables |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120411 |