Способ восстановления поверхностных слоев деталей из сплавов на основе титана при помощи цикла ионно-лучевых обработок

 

Изобретение относится к области немеханической поверхностной обработки и может быть использовано для повышения выносливости, длительной прочности и улучшения качества поверхности деталей из сплавов на основе титана на стадии ремонта в машиностроении, авиадвигателестроении, судостроении и т.п. Способ включает ионную имплантацию азота с энергией 30 кэВ, плотностью тока 40-50 мкА/см2, флюэнсом 51016 ион/см2 и постимплантационный отжиг при 540oС в течение 2 ч, при этом вначале проводят предварительную ионную имплантацию ионов аргона с энергией 15 кэВ, плотностью тока 60 мкА/см2, временем обработки 1200-1800 с, затем не вынимая детали из рабочей камеры, проводят ионно-плазменную очистку ионами плазмы аргона с энергией 300 эВ, плотностью тока 5-10 мА/см2 и временем очистки 5000-6000 с. Способ позволяет улучшить эксплуатационные свойства и качество поверхности деталей на стадии ремонта.

Изобретение относится к области немеханической поверхностной обработки и может быть использовано для повышения выносливости, длительной прочности и улучшения качества поверхности деталей из сплавов на основе титана на стадии ремонта в машиностроении, авиадвигателестроении, судостроении и т.п.

Известен способ восстановления рабочей поверхности лопатки турбины теплового двигателя, включающий в себя удаление обработанного слоя и нанесение жaростойкого покрытия потоком ионов плазмы вакуумного дугового разряда, причем удаление обработанного слоя проводят потоком ускоренных ионов тугоплавких металлов при давлении (2-3)10-3 Па, отрицательном потенциале на изделии 1 - 5 кВ и времени бомбардировки 15 - 30 мин (a.с. СССР N 1832132, кл. C 23 C 14/32, 1993).

Недостатком указанного способа являются ограниченныe функциональные возможности ввиду отсутствия в цикле лучевых обработок ионной имплантации. Кроме того, способ не исключает возможности повреждения слоев в результате неодинаковых условий распыления обрабатываемой поверхности: особенно в случае ремонта деталей, отработавших свой ресурс, поверхность которых покрыта неконтролируемыми загрязнениями и имеет неодинаковые свойства различных участков рабочей поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ повышения эксплуатационных характеристик изделий при помощи последовательно осуществляемых: ионной очистки, имплантации азота с энергией 40 - 100 эВ, плотностью тока 1 - 5 мА/см2, дозой 1019-21019 ион/см2 и ионного легирования бором или редкоземельными элементами с энергией 30-100 кэВ: плотностью тока 2 - 100 мкA/см2, дозой 51016 - 1017 ион/см2 и стабилизирующего отжига при 450 - 650oC в вакууме 110-3-510-3Па в течение 1,5 - 2 ч [2].

Недостатком прототипа является низкая скорость очистки из-за использования ионно-лучевого распыления.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных свойств и качества поверхности деталей из сплавов на основе титана на стадии ремонта.

Поставленная задача достигается тем, что сначала проводят предварительную ионную имплантацию ионов аргона с энергией 15 кэВ, плотностью тока 60 мкА/см2, временем обработки 1200-1800 с, с целью гомогенизации обрабатываемой поверхности; затем, не вынимая детали из рабочей камеры имплантера, проводят ионно-плазменную очистку ионами плазмы аргона с энергией 300 эВ, плотностью тока 5-10 мА/см2 и временем очистки 5000-6000 с; далее в этой же рабочей камере проводят окончательное ионно-имплантационное модифицирование ионами азота с энергией 30 кэВ, плотностью тока 40-50 мкА/см2, флюэнсом 51016 ион/см2; вынимают деталь из рабочей камеры имплантера и проводят постимплантационный вакуумный отжиг при 540oC в течение 2 ч.

Введение в цикл ионно-лучевых обработок операции предварительной ионной имплантации позволяет значительно улучшить качество ионно-плазменной очистки.

Пример конкретного выполнения способа.

Лопатки компрессора из сплава ВТ18-У, обработанные по серийной технологии, включающей в качестве окончательной обработки виброупрочнение, после эксплуатации в составе двигателя в течение 300 ч были подвергнуты ремонту по двум вариантам.

Первый вариант обработки включал в себя ионно-плазменную очистку ионами плазмы аргона с энергией 300 эВ, плотностью тока 5 мА/см2 и временем очистки 5000 с; затем окончательное ионно-имплантационное модифицирование ионами азота с энергией 30 кэВ, плотностью тока 40 мкA/см2, флюэнсом 51016 ион/см2 и постимплантационный вакуумный отжиг при 540oC в течение 2 ч.

По второму варианту перед указанными ионно-лучевым обработками дополнительно проводили предварительную имплантацию ионов аргона с энергией 15 кэВ, плотностью тока 60 мкА/см2, временем обработки 1800 с.

В результате обработки по первому варианту после ионно-плазменной очистки на поверхности лопаток наблюдались каверны из-за гетерогенности физико-химического и структурно-фазового состояния поверхностного слоя.

Обработка по второму варианту привела на стадии предварительной ионной имплантации к гомогенизации поверхностного слоя. При последующей ионно-плазменной очистке каверны не наблюдались. Шероховатость поверхности достигала Ra = 0,20 мкм.

В результате реализации трехступенчатого цикла непрерывных ионно-лучевых обработок на стадии ремонта лопатки компрессора ГТД полностью восстановили свои эксплуатационные свойства. Более того, выносливость лопаток, отремонтированных с применением ионно-лучевых обработок выше, чем выносливость новых лопаток, изготовленных по традиционной технологии, на 15,5 - 18%.

Формула изобретения

Способ восстановления поверхностных слоев деталей из сплавов на основе титана при помощи ионно-лучевых обработок, включающий ионную имплантацию азота с энергией 30 кэВ, плотностью тока 40 - 50 мкА/см2, флюэнсом 5 1016 ион/см2 и постимплантационный отжиг при 540oС в течение 2 ч, отличающийся тем, что вначале проводят предварительную ионную имплантацию ионов аргона с энергией 15 кэВ, плотностью тока 60 мкА/см2, временем обработки 1200 - 1800 с, затем не вынимая детали из рабочей камеры имплантера, проводят ионно-плазменную очистку ионами плазмы аргона с энергией 300 эВ, плотностью тока 5 - 10 мА/см2 и временем очистки 5000 - 6000 с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке поверхности деталей и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к области электронной техники и может найти применение при изготовлении интегральных схем с большой информационной емкостью методом литографии, а также в других процессах прецизионной обработки поверхности материалов ионным лучом, например нанесение на субстрат рисунков с изменением в нем поверхностных свойств материалов, в частности изменение типа проводимости в полупроводниковых материалах путем внедрения легирующих ионов, изменение других физических свойств материала за счет внедрения одноименных и инородных ионов, создание на поверхности новых слоев в результате осаждения атомов вещества из окружающих паров облака под влиянием падающих ионов, удаление вещества с поверхности субстрата в результате его распыления
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в любой отрасли для улучшения электрофизических, химических и механических свойств поверхности изделий

Изобретение относится к ионно-лучевым технологиям получения материалов с заданными свойствами, а именно к способу повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента

Изобретение относится к устройствам получения интенсивных ионных пучков и может быть использовано в установках имплантационной металлургии для увеличения глубины ионной имплантации (ИИ)

Изобретение относится к способам модификации поверхности деталей из титановых сплавов путем ионного легирования с последующей термообработкой и может быть использовано при изготовлении изделий в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности, которые эксплуатируются при высоких нагрузках и температурах

Изобретение относится к неметаллической поверхностной обработке деталей из сплавов титана, используемых в машиностроении, авиадвигателестроении, судостроении и т

Изобретение относится к изготовлению деталей газотурбинных двигателей, преимущественно авиационных, и может быть использовано для образования теплозащитных покрытий на деталях горячего тракта турбины

Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработки материалов и может быть использовано в инструментальной промышленности для повышения износостойкости режущего инструмента, штамповой оснастки, деталей машин и механизмов

Изобретение относится к области модификации поверхности материалов ионными пучками и может быть использовано в инструментальной промышленности, машиностроении, при производстве конструкционных материалов

Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработки материалов и может быть использовано, в частности, в медицине для повышения коррозионной устойчивости инструмента, подвергающегося стерилизации

Изобретение относится к нанесению покрытий на рабочие поверхности деталей, преимущественно лопаток компрессоров газовых турбин

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении для изменения структурно-фазового состояния поверхности особо ответственных изделий с целью повышения их служебных характеристик

Изобретение относится к способам нанесения теплоотражающих покрытий на стекло напылением в вакууме

Изобретение относится к технологии поверхностной упрочняющей обработки инструментальных материалов потоками заряженных частиц и предназначено для использования в инструментальной промышленности

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к изготовлению изделий для электронной промышленности методом ионной имплантации
Наверх