Способ капиллярного неразрушающего контроля наличия поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после ее реакционного спекания Российский патент 2024 года по МПК G01N21/91 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий из пористой нитридной керамики после ее реакционного спекания, а именно цветной капиллярной дефектоскопии, и служит для обнаружения наличия поверхностных и сквозных дефектов, например, в виде трещин и раковин, выходящих на поверхность в изделиях, предназначенных для изготовления элементов конструкций летательных аппаратов.

Материалы с пористой структурой обладают специфическими свойствами. Для пористых материалов характерны значительная проницаемость, малое гидродинамическое сопротивление, фильтрующая способность, высокие адсорбционные свойства. Данные свойства не позволяют использовать известные методы капиллярной дефектоскопии, при которых бы сохранялись исходные характеристики изделий.

Поверхностные (трещины, раковины) и сквозные дефекты (трещины) в таких изделиях могут увеличиваться при вибрациях и эксплуатационных нагрузках, что, в свою очередь, сказывается на эксплуатационных характеристиках изделий из кварцевой керамики.

Существует необходимость проведения неразрушающего контроля изделий из пористой нитридной керамики после ее реакционного спекания на наличие в них дефектов, которые приводят к потере работоспособности изделий и всей конструкции, в состав которой они входят.

Известен способ капиллярного контроля материалов, предназначенный для обнаружения невидимых или слабо видимых невооруженным глазом дефектов типа несплошностей, выходящих на контролируемую поверхность (ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования). Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом. Обработка объекта дефектоскопическими материалам заключается в: заполнении полостей дефектов индикаторным пенетрантом, удалении избытка индикаторного пенетранта, нанесении проявителя. Недостатками данного способа неразрушающего контроля пористых материалов является изменение исходных характеристик (цвета и т.д.) за счет глубокого проникновения пенетранта в материал.

Известен способ капиллярной дефектоскопии (SU 1300351 A2, МПК G01N 29/00, 30.03.1987), включающий очистку изделия, сушку, пропитку жидкостью, не растворяющейся в пенетранте, которую затем удаляют с поверхности изделия, и пропитывают его пенетрантом под действием ультразвука. Недостатком указанного способа является сложность полного удаления из пористой нитридной керамики после реакционного спекания 20%-ного раствора глицерина в воде, выступающего в качестве пропитывающей жидкости, а также пенетранта в виде люминесцентной жидкости ЛЖ-6А. Также процесс пропитки изделия пенетрантом под действием ультразвука достаточно трудоемок и требует использования соответствующего ультразвукового оборудования.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ капиллярного неразрушающего контроля наличия дефектов (RU 2787655 C1, МПК G01N 21/91, 11.01.2023) в изделиях из кварцевой керамики, заключающийся в том, что изделие после очистки пропитывают жидкостью, удаляют ее с поверхности изделия, наносят на поверхность изделия индикаторный пенетрант, удаляют его излишки с поверхности изделия и выявляют дефекты, в качестве пропитывающей жидкости используют воду, в которую погружают изделие и выдерживают его до полной пропитки, а в качестве индикаторного пенетранта наносят цветной пенетрант на водной основе, который выдерживают в течение 3-10 минут, затем излишки пенетранта удаляют с поверхности изделия посредством смывки водой и по характеру индикаторного рисунка судят о наличии дефектов, после чего изделие сушат при температуре 400-450 °С в течение 2-4 часов для восстановления исходных характеристик изделия. По характеру индикаторного рисунка выявляют дефекты в виде наличия кристобалита в изделии и/или наличия трещин на поверхности изделия.

Недостатком указанного способа является то, что использование данной технологии для нитридной керамики не позволяет идентифицировать индикаторные следы за счет того, что поверхность изделий из нитридной керамики темная, и на этом фоне не видны следы пенетранта. Также применение обычной воды в качестве пропитывающей жидкости приведет к образованию солевых отложений на темной поверхности изделий из нитридной керамики.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение качества изделий из нитридной керамики после реакционного спекания, предназначенных для изготовления элементов конструкций летательных аппаратов, а также сохранение исходных характеристик контролируемых изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен:

1. Способ капиллярного неразрушающего контроля наличия поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после ее реакционного спекания, заключающийся в том, что изделие после очистки пропитывают водой, в которую погружают изделие и выдерживают до полной пропитки, удаляют ее с поверхности изделия, наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант на водной основе, удаляют его излишки с поверхности изделия посредством смывки водой, выявляют дефекты, после чего изделие сушат для восстановления исходных характеристик, отличающийся тем, что после проведения реакционного спекания изделие очищают, пропитывают дистиллированной водой, затем после ее удаления наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант и выдерживают его в течение 1-5 минут, удаляют излишки пенетранта с поверхности изделия и наносят проявитель, выдерживают его в течение 1-5 минут, далее по характеру индикаторного рисунка судят о наличии поверхностных и/или сквозных дефектов, после чего изделие сушат при температуре 350-400 °С в течение 2-3 часов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по характеру индикаторного рисунка выявляют дефекты в виде поверхностных и/или сквозных трещин, и/или в виде наличия раковин на поверхности изделия.

Полости реальных трещин, чаще всего, являются тупиковыми, имеют форму узкого клина, вершина которого обращена вглубь материала. Попав в такую трещину, пенетрант смачивает ее полость и продолжает проникать внутрь нее даже после полного удаления с поверхности объекта контроля. Попав в полость трещины пенетрант будет удерживаться там капиллярными силами. Если пенетрант попадает на пористый материал – образуется система малых менисков различной формы и большой кривизны, каждый из которых создает свое капиллярное давление. В результате поверхность контроля приобретает однородный фоновый рисунок, в котором не различаются дефекты. Изделие из нитридной керамики пропитывается дистиллированной водой путем погружения изделия в дистиллированную воду, для заполнения пор, что не позволяет проникать пенетранту в толщу пористой нитридной керамики после ее реакционного спекания, заполняя поры. Использование дистилированной воды обусловлено тем, что она не содержит солей, которые на поверхности темного изделия из нитридной керамики оставляют белые следы. Время пропитки водой изделия из нитридной керамики после ее реакционного спекания зависит от толщины изделия. На фиг. 1 представлен график зависимости времени пропитки от толщины изделия, полученный экспериментально. После пропитки дистиллированной водой поверхность изделия высушивается, при этом дистиллированная вода остается в подповерхностных слоях материала изделия, не давая возможности пенетранту под действием капиллярных сил заполнять поры материала.

После сушки поверхности изделия из нитридной керамики наносится пенетрант на водной основе. Время выдержки пенетранта составляет от 1 до 5 минут и определяется проникающей способностью пенетранта конкретной марки. Пенетрант применяется на водной основе, что обеспечивает его хорошее удаление с поверхности изделия из нитридной керамики при смывке водой.

После удаления с поверхности изделия из нитридной керамики пенетранта наносят проявитель. Поверхность изделий из нитридной керамики темная, на этом фоне не видны следы пенетранта. Проявитель выдерживается на поверхности 1-5 минут. Нанесение белого проявителя позволяет идентифицировать индикаторные рисунки.

Индикаторные рисунки, после удаления пенетранта с поверхности изделия и нанесения проявителя, определяются видами поверхностных и сквозных дефектов, которые они отображают. Вид индикаторного рисунка может быть использован для оценки типа дефекта и причины его образования. При наличии нарушения сплошности поверхности изделия, например, трещин, пенетрант проникает в полость, образуя индикаторные следы в виде линий. При наличии поверхностных дефектов, например, раковин, пенетрант проникает в полость, образуя индикаторные следы в виде округлых пятен.

Пенетрант может впоследствии оказать вредное воздействие на эксплуатационные свойства изделий. Его необходимо удалить с поверхности изделий. Температура, при которой происходит сушка поверхности изделия из нитридной керамики, зависит от температуры деструкции применяемого пенетранта (его марки), а время высушивания зависит от глубины проникновения пенетранта и составляет от 2 до 3 часов. Кроме того, температура сушки зависит от прочностных характеристик нитридной керамики после реакционного спекания и составляет 350-400 °С.

На фиг. 2, 3, 4 представлены фрагменты изделий из нитридной керамики после нанесения пенетранта, его удаления с поверхности изделий и нанесения проявителя. На фиг. 2 видны индикаторные следы от раковины в виде ярко выраженного округлого пятна на фоне контролируемой поверхности, а также от трещины в виде ярко выраженной линии на фоне контролируемой поверхности. На фигуре 3 видны индикаторные следы от трещины на поверхности изделия в виде ярко выраженной линии на фоне контролируемой поверхности, а на фигуре 4 видны индикаторные следы от раковин на поверхности изделий в виде ярко выраженных округлых пятен на фоне контролируемой поверхности.

На фиг. 5 приведен внешний вид фрагмента образца поверхности изделия из нитридной керамики после проведения сушки. Поверхность изделия приобрела первоначальный цвет – серый.

Осуществление заявленного способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Изделие (толщиной 25 мм) из нитридной керамики после ее реакционного спекания очищают тканевой хлопчатобумажной салфеткой. Далее с целью пропитки изделие погружают в дистиллированную воду с рН 5-7 и выдерживают его в течение 20 минут. Для удаления воды контролируемую поверхность изделия протирают тканевой хлопчатобумажной салфеткой и обдувают продувочным пистолетом сухим сжатым воздухом в течение 60 секунд давлением 2 кгс/см² до полного удаления влаги с контролируемой поверхности. Затем на поверхность изделия наносят цветной пенетрант на водной основе П-42 при помощи пневмопистолета с последующей выдержкой в течение 1 минуты при комнатной температуре. Затем избыток цветного пенетранта на водной основе с контролируемой поверхности удаляют проточной водой. Затем контролируемую поверхность просушивают на воздухе до полного ее высыхания, наносят проявитель ПР20, выдерживают его на поверхности изделия в течение 1 минуты, и проводят визуальный осмотр контролируемого изделия при естественном освещении. По индикаторному рисунку в виде ярко выраженных линий на фоне контролируемой поверхности выявляют наличие трещин на поверхности контролируемого изделия (фиг. 3). Далее для удаления из пористой нитридной керамики после реакционного спекания воды и остатков пенетранта, а также восстановления исходных характеристик поверхности сушат изделие при температуре около 350 °С в течение 2 часов. После проведения сушки поверхность изделия приобретает первоначальный цвет – серый (фиг. 5).

Пример 2. Изделие (толщиной 40 мм) из нитридной керамики после ее реакционного спекания очищают тканевой хлопчатобумажной салфеткой. Далее с целью пропитки изделие погружают в дистиллированную воду с рН 5-7 и выдерживают его в течение 40 минут. Для удаления воды подсушивают поверхность изделия на воздухе в течение 40 минут до полного удаления влаги с контролируемой поверхности. Затем на поверхность изделия наносят цветной пенетрант на водной основе П42 при помощи кисти с последующей выдержкой в течение 5 минут при комнатной температуре. Затем избыток цветного пенетранта на водной основе с контролируемой поверхности удаляют проточной водой. Затем контролируемую поверхность просушивают на воздухе до полного ее высыхания, наносят проявитель ПР20, выдерживают его на поверхности изделия в течение 5 минут, и проводят визуальный осмотр контролируемого изделия при искусственном освещении. По индикаторному рисунку в виде ярко выраженных округлых пятен на фоне контролируемой поверхности выявляют наличие раковин и трещин на поверхности контролируемого изделия (фиг. 2). Далее для удаления из пористой нитридной керамики после реакционного спекания воды и остатков пенетранта и восстановления исходных характеристик поверхности сушат изделие при температуре около 400 °С в течение 3 часов. После проведения сушки поверхность изделия приобретает первоначальный цвет – серый (фиг. 5).

Таким образом, использование предложенного способа позволяет качественно повысить определение поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после реакционного спекания, применяемых для элементов конструкций летательных аппаратов, и, как следствие, повышает надежность и прочность данных конструкций.

Использование: для капиллярного неразрушающего контроля наличия поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после ее реакционного спекания. Сущность изобретения заключается в том, что изделие после очистки пропитывают водой, в которую погружают изделие и выдерживают до полной пропитки, удаляют ее с поверхности изделия, наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант на водной основе, удаляют его излишки с поверхности изделия посредством смывки водой, выявляют дефекты, после чего изделие сушат для восстановления исходных характеристик, при этом после проведения реакционного спекания изделие очищают, пропитывают дистиллированной водой, затем после ее удаления наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант и выдерживают его в течение 1-5 минут, удаляют излишки пенетранта с поверхности изделия и наносят проявитель, выдерживают его в течение 1-5 минут, далее по характеру индикаторного рисунка судят о наличии поверхностных и/или сквозных дефектов, после чего изделие сушат при температуре 350-400 °С в течение 2-3 часов. Технический результат: обеспечение возможности достоверного неразрушающего контроля наличия поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после ее реакционного спекания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ капиллярного неразрушающего контроля наличия поверхностных и сквозных дефектов в изделиях из нитридной керамики после ее реакционного спекания, заключающийся в том, что изделие после очистки пропитывают водой, в которую погружают изделие и выдерживают до полной пропитки, удаляют ее с поверхности изделия, наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант на водной основе, удаляют его излишки с поверхности изделия посредством смывки водой, выявляют дефекты, после чего изделие сушат для восстановления исходных характеристик, отличающийся тем, что после проведения реакционного спекания изделие очищают, пропитывают дистиллированной водой, затем после ее удаления наносят на поверхность изделия цветной индикаторный пенетрант и выдерживают его в течение 1-5 минут, удаляют излишки пенетранта с поверхности изделия и наносят проявитель, выдерживают его в течение 1-5 минут, далее по характеру индикаторного рисунка судят о наличии поверхностных и/или сквозных дефектов, после чего изделие сушат при температуре 350-400 °С в течение 2-3 часов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по характеру индикаторного рисунка выявляют дефекты в виде поверхностных и/или сквозных трещин и/или в виде наличия раковин на поверхности изделия.