СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ НИТРИДА ЦИРКОНИЯ С ПОДЛОЖКИ ИЗ ТИТАНА ИЛИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2015 года по МПК C23F1/38 C23F1/44 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологиям удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора и других деталей газотурбинных двигателей и газотурбинных установок.

Известен способ удаления отработанного защитного покрытия из нитрида циркония при ремонте деталей газотурбинных двигателей, заключающийся в химической обработке деталей с защитным покрытием из нитрида циркония в ванне с барботажем в растворе, содержащим хромовый ангидрид, азотную и фтористоводородную кислоты, с последующим осветлением в растворе соляной кислоты и дальнейшей обработкой деталей в торовой вибрационной установке керамическими гранулами (патент РФ №2205734, опубликован 10.06.2003).

Недостатком данного способа является неудовлетворительная экологичность, связанная с использованием агрессивных концентрированных кислот: фтористоводородной и азотной, и высокая трудоемкость процесса из-за наличия дополнительных механических операций.

Известен способ удаления металлических покрытий с подложки из титановых сплавов, заключающийся в электрохимической обработке деталей в электролите, в состав которого входят реагент-окислитель (перекись водорода) и органическая кислота с карбоксильной группой (щавелевая, муравьиная) или гидроксил-карбоксильной группой (винная, молочная). Обработка деталей ведется при температуре 65-70°C, при напряжении 20-29 В в течение 10 ч и более (патент ЕР 0482565 В1, опубликован 05.01.2000).

Недостатком способа является то, что он продолжителен по времени и требует больших затрат электроэнергии.

Наиболее близким аналогом является способ удаления металлических покрытий с изделия, содержащего подложку из титана или титановых сплавов (патент РФ №2094546, опубликован 27.10.1997). Этот электрохимический способ удаления покрытия с металлической подложки, включающий анодную обработку в растворе, содержащем воду, неорганическую аммонийную соль с добавкой вещества органической природы и/или неорганической соли, при этом обработку ведут в течение 4-7 мин в нагретом растворе при температуре 47-87°C, напряжении 180-340 В и плотности тока 1500-5000 А/м².

Недостатком указанного способа является высокая энергозатратность ремонтного производства, связанная с использованием источников электропитания большой мощности и необходимостью в сложном технологическом оборудовании.

Техническая задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в упрощении технологии удаления покрытия из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов.

Техническим результатом настоящего изобретения является сокращение энергозатрат при удалении покрытий.

Для достижения указанного технического результата разработан способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов, включающий его обработку путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем перекись водорода, фторид аммония, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевую соль при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%: фторид аммония - 0,3-1,5, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль - 3-10, перекись водорода - 3-15, дистиллированная вода - остальное. В способе обработку покрытия в растворе можно проводить в течение Т_об=40-180 мин.

Вышеуказанный подбор ингредиентов раствора для обработки и параметров технологического процесса позволяет полностью исключить использование каких-либо электрохимических и механических процессов для удаления покрытия (полного или частичного снятия его с поверхности (если необходимо)). Удаление покрытия происходит путем его травления в вышеуказанном растворе, причем подложка изделия остается неповрежденной.

Основные особенности химических процессов, связанных с удалением покрытия, состоят в следующем. Установлено, что присутствие перекиси водорода в растворе на основе фторида аммония и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевой соли (Na-ЭДТА) в предлагаемом количественном соотношении инициирует химическое растворение покрытия из нитрида циркония без использования электроэнергии. При разложении перекиси образуется кислород, который окисляет ионы циркония (+3) в нитриде до высшей степени окисления (+4), которые затем легко реагируют с фторидом аммония и Na-ЭДТА с образованием растворимых в воде комплексных соединений. Равномерное выделение газообразного кислорода по всему покрытию обеспечивает равномерное растворение нитрида циркония.

При приготовлении растворов для удаления покрытия из нитрида циркония использовали следующие ингредиенты: дистиллированная вода по ГОСТ 6709, фторид аммония (NH₄F) по ГОСТ 4518-75, перекись водорода (Н₂О₂) по ГОСТ 10929-76, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль (Na-ЭДТА) по ГОСТ 10652-73. Составы растворов приведены в таблице 1.

Порядок приготовления раствора был следующий: навеску фторида аммония и Na-ЭДТА растворяли в половине количества дистиллированной воды, нагревали до нужной температуры, затем вводили необходимое количество перекиси водорода и оставшуюся порцию дистиллированной воды.

Таблица 1 Составы приготовленных растворов Наименование состава раствора Содержание ингредиентов, мас.% NH₄F Н₂O₂ Na-ЭДТА Вода 1 2 3 4 5 Состав 1 0,1 3 5 остальное Состав 2 0,3 5 1 остальное Состав 3 1,0 20 3 остальное Состав 4 0,8 10 3 остальное Состав 5 1,0 10 10 остальное Состав 6 0,3 1 8 остальное Состав 7 1,5 5 8 остальное Состав 8 2,0 10 5 остальное Состав 9 0,8 20 8 остальное Состав 10 1,0 10 6 остальное

Обработка образцов велась в растворах, нагретых до температур Т_об в интервале от 50° до 80°C включительно. В ходе испытаний, например, использовались образцы с общей площадью покрытия 30 см² на титановой подложке с толщиной в Н=18-20 мкм, с которых растворяли покрытие из нитрида циркония с использованием 100 г раствора. Результаты обработки образцов в растворе представлены в таблице 2.

Использовались также образцы из титана (типа ВТ1-00, ВТ1-0 по ГОСТ 19807-91) и других титановых сплавов, на которых были получены результаты, полностью идентичные результатам, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 Результаты обработки образцов Составы растворов Время обработки, мин Образцы Титановый сплав ВТ-6 (ГОСТ 19807-91), площадь покрытия 30 см², толщина покрытия 18 мкм Титановый сплав ВТ-8 (ГОСТ 19807-91), площадь покрытия 30 см², толщина покрытия 20 мкм 1 180 Растворение покрытия отсутствует Растворение покрытия отсутствует 2 180 Растворение покрытия отсутствует Растворение покрытия отсутствует 3 60 Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки 4 60 Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений 5 40 Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений 6 180 Растворение покрытия отсутствует Растворение покрытия отсутствует 7 50 Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений 8 60 Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки 9 60 Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки Покрытие растворено неравномерно, на месте сколов идет травление подложки 10 60 Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений Покрытие растворено равномерно, подложка без изменений

По данным таблицы видно, что растворение покрытия отсутствует при содержании в растворе фторида аммония меньше 0,3%, Na-ЭДТА меньше 3%, перекиси водорода меньше 3%. При содержании в растворе перекиси водорода более 15% и фторида аммония более 1,5% происходит травление титановой подложки образцов. Повышение температуры раствора ускоряет процесс растворения покрытия, однако нагрев раствора более 80°C не целесообразен, так как кипение может привести к преждевременному разложению перекиси водорода и быстрой выработке раствора. Ведение процесса растворения при температурах ниже 50°C приводит к длительному (несколько часов) и неравномерному растворению покрытия.

Таким образом, по результатам испытаний наиболее эффективными будут растворы, содержащие в массовом отношении 0,3-1,5% фторида аммония, 3-10% Na-ЭДТА и 3-15% перекиси водорода, остальное - дистиллированная вода.

Предлагаемый способ позволяет вести процесс удаления защитного покрытия из нитрида циркония с деталей из титана и титановых сплавов без затрат электрической энергии, упростить ремонтную технологию и одновременно проводить обработку большого количества деталей.

Изобретение относится к технологии удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, в частности лопаток газотурбинных двигателей. В способе покрытие из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава удаляют путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем ингредиенты при следующих соотношениях, мас.%: фторид аммония 0,3-1,5, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль 3-10, перекись водорода 3-15, дистиллированная вода - остальное. Техническим результатом изобретения является сокращение энергозатрат при удалении покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов, включающий обработку покрытия путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем перекись водорода, фторид аммония и этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевую соль при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
фторид аммония 0,3-1,5 этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль 3-10 перекись водорода 3-15 дистиллированная вода остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку покрытия в растворе ведут в течение Т_об=40-180 мин.