СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ ЛОПАТКИ Российский патент 2009 года по МПК B22F3/15 C23F17/00 F01D5/28 

Изобретение относится к области ремонта, в частности к ремонту охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток стационарных энергетических установок авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Известен способ защиты поверхности лопаток турбины газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов при ГИП (RU №2184178, C23F 17/00, опубл. 27.06.2002 г.). Согласно указанному способу для защиты поверхности лопаток на их наружную и внутреннюю поверхность наносят диффузионное защитное покрытие определенной толщины. Однако нанесение такого покрытия на лопатку приводит к изменению геометрических размеров и соответственно механических свойств поверхностного слоя, что требует последующей механической обработки, что ведет к повышению трудоемкости и стоимости ремонта.

Известен способ защиты поверхности лопаток в процессе ГИП, выбранный в качестве наиболее близкого аналога, включающий применение засыпки из порошка огнеупорных окислов с металлическим наполнителем из металлов, вступающих в реакцию с кислородом, содержащимся в атмосфере газостата (RU №2252110, B22F 3/15, опубл. 20.05.2005 г.). Недостатком известного способа является высокая газопроницаемость порошковой засыпки, не обеспечивающая защиту контактных поверхностей лопаток в процессе ГИП.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение качества ремонта лопаток за счет обеспечения защиты контактных поверхностей лопатки от окисления на операции ГИП.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе защиты поверхности лопатки перед проведением ГИП на поверхность лопатки наносят суспензию на основе микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью и кремнеорганического связующего, затем производят сушку с последующим обжигом, получая защитную керамическую оболочку.

В качестве кремнеорганического связующего можно использовать LUDOX-SK. Использование данного связующего позволяет обеспечить более прочную защитную керамическую оболочку.

При этом суспензию можно нанести послойно, выполняя между операциями нанесения слоев сушку при температуре до 100°С. Производить сушку при более высоких температурах нецелесообразно, поскольку произойдет вскипание воды, что может привести к образованию пористости защитной керамической оболочки.

Обжиг можно произвести при температуре до 1000°С. Проведение обжига при более высоких температурах может привести к окислению поверхностного слоя лопатки.

После выполнения операции ГИП защитную керамическую оболочку можно удалить в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей.

Удаление защитной керамической оболочки в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей позволит более качественно очистить поверхность лопатки.

Такое техническое решение позволяет повысить качество ремонта лопаток за счет обеспечения защиты контактных поверхностей лопатки от окисления на операции ГИП.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана структура поверхностного слоя елочного элемента хвостовика лопатки ТВД после отработки ресурса на двигателе.

На фиг.2 показана структура поверхностного слоя елочного элемента хвостовика лопатки ТВД из сплава ЖС6У-ВИ после ремонта в соответствии с заявленным способом.

Пример реализации заявленного изобретения.

Ремонт комплекта рабочих лопаток турбины высокого давления (ТВД) из сплава ЖС6У-ВИ после отработки ресурса на двигателе выполнили с защитой контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки по заявляемому способу.

Перед выполнением ремонта был проведен анализ состояния контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки. В результате выполненных исследований установлено, что на контактных поверхностях елочного элемента хвостовика лопатки отмечается обеднение сплава в результате длительной эксплуатации лопаток в условиях воздействия высоких температур и наклеп слоя металла толщиной до 5 мкм в результате фреттинга.

Для защиты контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки изготовили суспензию.

Например, на основе 3-х микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью при следующем соотношении (мас.%):

электрокорунд F36 35 электрокорунд F60 40 электрокорунд F220 25

и кремнеорганического связующего LUDOX-SK в пропорции к массе смеси порошков электрокорунда 1:3,5. Состав перемешивали до получения однородной суспензии.

Данную суспензию нанесли на поверхность елочного элемента хвостовика лопатки и после сушки лопаток при температуре 25°С в течение 8 часов при относительной влажности воздуха 40% провели обжиг защитной керамической оболочки по режиму 1000°С, 8 часов.

Лопатки, защищенные вышеуказанным способом, прошли

- операцию ГИП по режиму - температура 1210°С, давление 160 МПа, время выдержки 2,5 часа;

- удаление защитной керамической оболочки методом обработки в расплаве бифторида калия;

- подготовку поверхности лопаток под нанесение защитного жаростойкого покрытия;

- нанесение жаростойкого защитного покрытия на наружную поверхность пера и внутреннюю поверхность охлаждаемых каналов методом двухстадийного порошкового хромоалитирования с защитой елочного элемента хвостовиков лопаток металлическими колпачками.

Применение заявленного способа позволило повысить работоспособность и надежность лопаток ГТД, а также снизить затраты на проведение ремонта за счет обеспечения защиты контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопаток с использованием защитной керамической оболочки на основе электрокорунда, позволившей предотвратить окисление контактных поверхностей на операции ГИП (фиг.2).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к защите поверхности при ремонте охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток стационарных энергетических установок авиационных газотурбинных двигателей методом горячего изостатического прессования. Перед проведением горячего изостатического прессования на поверхность лопатки наносят суспензию на основе микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью и кремнеорганического связующего. Проводят сушку с последующим обжигом и получают защитную керамическую оболочку. Способ позволяет повысить качество ремонта лопаток за счет обеспечения защиты контактных поверхностей лопатки от окисления на операции ГИП. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ защиты поверхности лопатки турбины при горячем изостатическом прессовании (ГИП), отличающийся тем, что перед проведением горячего изостатического прессования на поверхность лопатки наносят суспензию на основе микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью и кремнеорганического связующего, а затем производят сушку с последующим обжигом для получения защитной керамической оболочки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеорганического связующего используют LUDOX-SK.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию наносят послойно с выполнением между операциями нанесения слоев сушки при температуре до 100°С.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре до 1000°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выполнения операции ГИП защитную керамическую оболочку удаляют в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей.