СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИМ НАПЫЛЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК C23C4/12 

Изобретение относится к технологии получения покрытий на поверхности деталей, в частности к способам нанесения защитного покрытия из порошковых материалов в расплавленном состоянии газотермическим напылением на поверхности деталей, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике, машиностроении при изготовлении и ремонте деталей, например корпусных деталей, валов, рабочих и направляющих лопаток газовых турбин.

Известен способ нанесения защитного покрытия газотермическим напылением, включающий непрерывную подачу напыляемого материала в виде порошка на поверхность детали при помощи газопламенной горелки. Порошок, поступая в пламя горючей смеси, состоящей из газообразного топлива и кислорода, разгоняется и нагревается потоком газа, при этом расплавленные частицы порошка, попадая на поверхность детали, образуют защитное покрытие (см. Поляк М.С. Технология упрочнения. В 2 т. Машиностроение, 1995. - T.1, с.87-92).

Недостатками данного способа являются:

- низкое качество получаемого защитного покрытия из-за высокой пористости, окисленности и низкой прочности сцепления (адгезионной прочности) защитного покрытия с поверхностью детали (основой), так как скорость напылительного потока невысока и расплавленные частицы успевают окислиться;

- низкая гомогенность (однородность) структуры покрытия из-за неравномерного распределения порошка по поперечному сечению напылительного потока.

Технический результат заявленного способа - повышение качества покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нанесения защитного покрытия, включающем напыление материала в виде порошка на поверхность детали в смеси газообразного топлива и кислорода при помощи газопламенной горелки, согласно изобретению напыление осуществляют со скоростью перемещения горелки относительно поверхности детали 110-130 м/мин, дистанции напыления 200-300 мм от поверхности детали, расходах кислорода 210-900 л/мин и газообразного топлива 50-640 л/мин.

Указанные количественные признаки являются существенными.

При скорости перемещения горелки меньше 110 м/мин происходит перегрев покрытия и поверхности детали, что приводит к отслоению покрытия и повреждению детали.

При скорости перемещения горелки больше 130 м/мин происходит неравномерное напыление покрытия по толщине («пятнами»).

При дистанции напыления меньше 200 мм происходит перегрев покрытия и поверхности детали, что приводит к отслоению покрытия и повреждению детали.

При дистанции напыления больше 300 мм происходит «недогрев» покрытия, что приводит к низкой адгезионной прочности покрытия с поверхностью детали.

При расходе кислорода меньше 210 л/мин происходит «недогрев» покрытия и распыляемого материала, что приводит к получению пористой некачественной структуры покрытия с большим содержанием нерасплавленных частиц распыляемого материала и низкому коэффициенту использования (КИМ) распыляемого материала.

При расходе кислорода больше 900 л/мин также образуется некачественная структура покрытия с большим содержанием окислов, а также низкий КИМ распыляемого материала.

При расходе горючего топлива меньше 50 л/мин не обеспечивается достаточный прогрев распыляемого материала и покрытия, что приводит к низкому КИМ распыляемого материала и низкой адгезионной прочности покрытия к поверхности детали.

При расходе горючего топлива больше 640 л/мин не обеспечивается высокая скорость частиц распыляемого материала, а получаемое покрытие имеет низкую адгезионную прочность покрытия к поверхности детали.

Таким образом, при выходе за указанные диапазоны качество покрытия снижается, что приводит к снижению срока службы покрытия и снижению эксплуатационных характеристик, т.е. регулировкой расхода газообразного топлива и кислорода, выбором оптимальной дистанции напыления и скорости перемещения горелки (м/мин) можно повысить качество покрытия, а именно повысить стойкость покрытий, например, на основе никеля NiCrAlY и NiCoCrAl(Ta)Y, при работе в условиях высокотемпературного окисления, термоциклирования и горячей коррозии.

В качестве топлива могут быть использованы горючие газы: водород, метан, пропан и др.

Способ реализуется следующим образом.

Реализация способа рассмотрена на примере нанесения защитного покрытия на перо рабочей лопатки второй ступени из сплава ЧС88У-ВИ парогазовой турбины ПГУ-60С.

Предварительно производят подготовку поверхности лопатки: обезжириванием ацетоном, пескоструйной обработкой электрокорундом марки с зерном F36 (400-630 мкм) при давлении сжатого воздуха до 6 кгс/см² и затем обдувкой чистым сжатым воздухом.

Затем проводят напыление горелкой, снабженной на конце водоохлаждаемым сверхзвуковым соплом Лаваля. Горелку закрепляют на «руке» робота «KUKA» мод. KR15. Перемещение «руки» робота выполняется по заранее составленной программе.

В качестве горючей смеси используют кислород с природным газом метаном в соотношении O₂/CH₄=1,18-1,39. Расходы газов: метана 390 л/мин, кислорода 460 л/мин. Дистанция напыления 220 мм. Расход азота транспортировки порошка 15 л/мин. Расход порошка 60-80 г/мин. Скорость перемещения горелки 125 м/мин. Лопатку охлаждают чистым сжатым воздухом.

Порошок, поступая в пламя горючей смеси, разгоняется и нагревается потоком газа, при этом расплавленные частицы порошка, попадая на поверхность детали, образуют защитное покрытие.

После нанесения покрытия лопатки проходят отжиг в вакуумной печи при 1000°С в течение 2 часов для снятия напряжений и повышения адгезии покрытия формированием диффузионной зоны по границе покрытие - основной металл.

Данным способом на лопатке получено покрытие CoNiCrAlTaY толщиной 0,08-0,12 мм из порошка Ni23Co20Cr8, 5AI4Ta0, 6Y марки AMDRY 997 с грануляцией частиц <37 мкм.

Изобретение относится к технологии получения покрытий на поверхности деталей, в частности к способам нанесения защитных покрытий из порошковых материалов газотермическим напылением на поверхности деталей, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике, машиностроении при изготовлении и ремонте деталей, например корпусных деталей, валов, рабочих и направляющих лопаток газовых турбин. Способ включает напыление материала в виде порошка на поверхность детали в смеси газообразного топлива и кислорода при помощи газопламенной горелки. Напыление осуществляют со скоростью перемещения горелки относительно поверхности детали 110-130 м/мин при дистанции напыления 200-300 мм от поверхности детали при скорости расхода кислорода 210-900 л/мин и газообразного топлива 50-640 л/мин. Технический результат - повышение качества покрытия.

Способ нанесения защитного покрытия газотермическим напылением, включающий напыление материала в виде порошка на поверхность детали в смеси газообразного топлива и кислорода при помощи газопламенной горелки, отличающийся тем, что напыление осуществляют со скоростью перемещения горелки относительно поверхности детали 110-130 м/мин при дистанции напыления 200-300 мм от поверхности детали, при скорости расхода кислорода 210-900 л/мин и газообразного топлива 50-640 л/мин.