СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПРОДУКТОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ И СУЛЬФИДНОЙ КОРРОЗИИ Российский патент 2009 года по МПК C23G1/14 C23G1/28 

Изобретение относится к очистке деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из никелевых жаропрочных сплавов от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии термохимическими методами и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, где используются ГТД, при ремонте.

Известен способ очистки деталей ГТД, изготовленных из жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий обработку деталей водным раствором кислоты и водным щелочным раствором (см. патент RU №2169794, кл. C23G 1/02, опубл. 27.06.2001).

Недостатки данного способа - низкое качество очищаемых деталей и невозможность его использования при удалении продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии на деталях из жаропрочных никелевых сплавов.

Технический результат заявленного способа - повышение эффективности очистки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки деталей газотурбинного двигателя из жаропрочных сплавов на никелевой основе от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, включающем обработку деталей в водном щелочном растворе, согласно изобретению до обработки деталей в водном щелочном растворе осуществляют обработку деталей в расплаве фторидных солей при температуре от 320 до 370°С, обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа, а в качестве щелочного раствора используют водный раствор щелочей КОН или NaOH, или их смесь.

Обработка деталей ГТД в расплаве фторидных солей, например в расплаве бифторида калия, позволяет очистить их поверхность от поврежденного защитного диффузионного покрытия и продуктов сульфидной коррозии. Последующая автоклавная щелочная обработка деталей позволяет удалить продукты высокотемпературного окисления (высокотемпературные окислы на основе алюминия), в том числе и из полостей термоусталостных трещин.

Обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа. При температуре ниже 350°С щелочной раствор под давлением 20-24 МПа находится в конденсированном состоянии, что существенно замедляет процесс очистки деталей. При температуре выше 450°С происходит щелочное травление структурной составляющей никелевых жаропрочных сплавов - карбидов типа МеС и Ме₆С на основе вольфрама, ниобия, титана, молибдена и хрома. Снижение давления обработки деталей ниже 20 МПа требует соответствующего снижения температуры процесса для поддержания фазового состояния щелочного раствора вблизи точки фазового перехода пар - конденсат, что приводит к замедлению процесса очистки деталей. Повышение давления выше 24 МПа технически нецелесообразно, приводит к удорожанию оборудования и самого процесса очистки.

Обработку деталей в водном щелочном растворе необходимо проводить в защитной атмосфере инертного газа, так как присутствие кислорода, содержащегося в воздухе, приводит к окислению основной структурной составляющей жаропрочных никелевых сплавов - упрочняющей γ' фазы на основе интерметаллида Ni₃Al по анодному механизму с выделением никеля на поверхности деталей (Оспенникова О.Г., Орлов М.Р., Губенко Л.А. Обеспечение качества поверхности лопаток в процессе гидротермического выщелачивания керамических стержней. // Литейное производство. - 2007. - №8. - С.31-34).

Обработку деталей в расплаве фторидных солей необходимо проводить при температуре от 320 до 370°С, так как при температуре ниже 320°С высокая вязкость расплава не позволяет удалять продукты травления из узких полостей охлаждаемых каналов и термоусталостных трещин. При температуре расплава выше 370°С происходит интенсивное травление жаропрочных никелевых сплавов, что приводит к повреждению деталей.

Реализация способа рассмотрена на примере очистки соплового аппарата авиационного газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, в том числе и по термоусталостным трещинам.

Сопловой аппарат, поступивший в ремонт после эксплуатации, очистили от эксплуатационных загрязнений (коксовых отложений, нагара и т.п.) при помощи известного метода, например разрыхлением загрязнений в горячем (до 145°С) щелочном растворе с последующей виброабразивной обработкой.

Затем сопловой аппарат прошел очистку в расплаве фторидных солей, например, бифторида калия при температуре 360°С в течение 1 часа (возможно увеличение времени очистки до 2-х часов в зависимости от степени повреждения защитного покрытия и степени окисления).

После очистки соплового аппарата в расплаве бифторида калия и удаления остатков соли, выполнили второй этап очистки - методом автоклавной щелочной обработки, например, в 68-% водном растворе щелочи калия КОН при температуре 390°С и давлении 22 МПа в течение 2 часов в защитной атмосфере инертного газа, например, азота или аргона.

Время обработки может быть от 30 минут до 6 часов в зависимости от степени окисления и повреждения сульфидной коррозии поверхности лопатки в процессе эксплуатации.

Последовательная обработка соплового аппарата в расплаве фторидных солей и водном растворе щелочи в автоклаве позволила полностью очистить поверхность соплового аппарата (полостей лопаток и полок) и термоусталостных трещин от продуктов сульфидной коррозии и высокотемпературных окислов и подготовить деталь к последующим операциям ремонта - к термовакуумной обработке, к восстановлению геометрии методами подварки и пайки, к нанесению защитных диффузионных покрытий.

Изобретение относится к очистке деталей газотурбинных двигателей из никелевых жаропрочных сплавов и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, где используются ГТД, и при ремонте. Способ очистки включает обработку деталей в расплаве фторидных солей при температуре от 320 до 370°С и дальнейшую обработку деталей в водном щелочном растворе под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа, при этом в качестве щелочного раствора используют водный раствор щелочей КОН или NaOH, или их смесь. Способ позволяет повысить эффективность очистки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии.

Способ очистки деталей газотурбинного двигателя из жаропрочных сплавов на никелевой основе от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, включающий обработку деталей в водном щелочном растворе, отличающийся тем, что до обработки деталей в водном щелочном растворе осуществляют обработку деталей в расплаве фторидных солей при температуре от 320 до 370°С, обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа, а в качестве щелочного раствора используют водный раствор щелочей КОН или NaOH, или их смесь.