Состав для получения покрытия

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей из сталей, никелевых и титановых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа. Состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или из жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, содержит следующее соотношение ингредиентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее - 30-35, вода - 12-18, хромовый ангидрид - 2-3, дисилицид молибдена - остальное. Порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм. В частных случаях выполнения изобретения состав может дополнительно содержать 0,3-0,5 мас.% поверхностно-активного вещества, например Синтанола, ОП-7, ОС-20, АФ-10. Состав используется для получения покрытия, устойчивого к солевой и фреттинг-коррозии, а также к контактному износу, на деталях машин с рабочей температурой до 600°С. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей из конструкционных сталей, а также титановых и никелевых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа.

Известны способ и состав для получения коррозионностойкого покрытия, состоящего из первого слоя конденсированного покрытия из сплава на основе никеля, содержащего хром, кобальт, алюминий, иттрий, и второго слоя из сплава на основе алюминия (патент РФ №2165475).

Известный состав позволяет получать на лопатках компрессора и других деталях машин покрытие, стойкое к солевой коррозии при температурах до 700°С, не снижающее прочностные характеристики этих деталей.

Недостатком известного состава является низкая стойкость покрытия к контактному износу.

Известен состав для получения противопригарного покрытия, включающий ингредиенты при следующем их соотношении, мас.%:

Черный графит	15-25
Нефелиновый антипирен	5-15
Алюмохромфосфатное связующее	36-48
Глицерин	1-3
Кремнийорганическая эмульсия	0,5-1,5
Вода	Остальное

(Авторское свидетельство СССР №1212686)

Состав позволяет получать на литейных формах и стержнях противопригарное покрытие, повысить качество отливок и исключить брак по пригарам и газовым раковинам.

Недостатком известного состава является низкая стойкость получаемого покрытия к контактному износу.

Известен также состав для получения покрытия литейных форм и стержней, включающий ингредиенты при следующем их соотношении, мас.%:

Алюмохромфосфатное связующее	10,0-15,0
Вода	30,0-40,0
Серная кислота	0,8-1,0
Высокоглиноземистый цемент	0,8-2,0
Пылевидный кварц	Остальное

(авторское свидетельство СССР №1507507)

Состав обладает высокими технологическими свойствами - легкостью нанесения, хорошей впитываемостью в поверхность и повышенной трещиноустойчивостью.

Недостатком известного состава является неудовлетворительная и низкая стойкость покрытия к контактному износу и фреттинг-коррозии.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях, включающий огнеупорный наполнитель в виде дистенсиллиманитовой пасты, алюмохромофосфатное связующее, воду и гидрат окиси кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Огнеупорный наполнитель в виде
дистенсиллиманитовой пасты	43,0-44,0
Гидрат окиси кальция	0,5-1,0
Алюмохромфосфатное связующее	27,0-31,0
Вода	Остальное

(Авторское свидетельство СССР №1207619)

Состав позволяет получать на литейных формах и стержнях протавопригарное покрытие, повысить качество отливок и снизить трудоемкость, как при покрытии форм, так и при очистных и обрубных операциях.

Недостатком известного состава также является низкая стойкость получаемого противопригарного покрытия к солевой коррозии, фреттинг-коррозии и контактному износу.

Технической задачей настоящего изобретения является создание состава для получения покрытия на деталях машин с рабочей температурой до 600°С, изготовленных из конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на основе никеля и титана и работающих в условиях сухого трения при контактном износе и фреттинг-коррозии и солевой коррозии.

Это достигается тем, что состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, включающий алюмохромфосфатное связующее, наполнитель и воду, дополнительно содержит хромовый ангидрид, а в качестве наполнителя - порошок дисилицида молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Алюмохромфосфатное
связующее	30-35
Вода	12-18
Хромовый ангидрид	2-3
Дисилицид молибдена	Остальное

Порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм.

Состав дополнительно может содержать поверхностно-активное вещество (ПАВ) «Синтанол», ОП-7, ОС-20, АФ-10 в количестве 0,3-0,5 мас.%.

Авторами установлено, что использование в составе на основе алюмохромфосфатного связующего, воды, хромового ангидрида и наполнителя - порошка дисилицида молибдена в предлагаемом количественном соотношении, обеспечивает высокую стойкость покрытия на деталях из сталей и жаропрочных сплавов к солевой коррозии и одновременно к контактному износу и фретинг-коррозии. Причем стойкость к солевой коррозии практически не уступает стойкости всех известных покрытий, а стойкость к контактному износу, фреттинг-коррозии во много раз превышает стойкость известных покрытий.

Наличие в составе для получения покрытия хромового ангидрида в количестве 2-3% позволяет повысить стойкость покрытия на основе состава к солевой коррозии, а также позволяет увеличить в 2-3 раза срок хранения состава. Содержание хромового ангидрида ограничивается 3 мас.% ввиду недопустимости большого содержания в составе шестивалентного хрома. При этом содержание хромового ангидрида более 3% не дает прибавки по защитным свойствам покрытия.

Стойкость покрытия на основе предлагаемого состава к контактному износу связана с содержанием в составе дисилицида молибдена (MoSi₂), имеющего относительно высокую микротвердость, достигающую значений 1200 кг/мм², и крепкой связью порошка MoSi₂ со связующим на основе АХФС.

Высокая стойкость покрытия на основе предлагаемого состава к солевой коррозии свойственна покрытиям, содержащим АХФС, и эта стойкость повышается при наличии в составе хромового ангидрида.

Рекомендуемая толщина покрытия до 20 мкм. Этим определяется и фракция порошка MoSi₂ до 10 мкм. Наибольшее применение могут найти покрытия толщиной до 10 мкм и с фракцией порошка до 5 мкм.

Использование в составе поверхностно-активного вещества в количестве 0,3-0,5 мас.% способствует повышению технологических свойств состава при получении покрытий методом окунания.

Пример осуществления. Для приготовления состава использовали следующие ингредиенты:

Алюмохромфосфатное связующее (АХФС), ТУ 6-18-166-83;

Дистиллированная вода, ГОСТ 6709;

Хромовый ангидрид CrO₃, ЧДА, ГОСТ 3776-78;

Дисилицид молибдена, ТУ 6-09-03-395-74;

Поверхностно-активное вещество - «Синтанол» ДС-10, ОП-7, ТУ 6-14-577-70.

Порядок приготовления состава следующий: навеску алюмохромфосфатного связующего разбавляли водой, затем вводили хромовый ангидрид и тщательно перемешивали водный раствор АХФС до полного его растворения. Затем в полученный водный раствор добавляли дисилицид молибдена, предварительно размолотый до 5 мкм, и тщательно перемешивали. В таком виде состав готов для нанесения покрытия на детали машин. Составы приготовленных покрытий приведены в таблице 1. Отметим, что составы №№2, 3 содержат поверхностно-активное вещество - ОП-7 в количестве 0,3 мас.% и «Синтанол» ДС-10 в количестве 0,5 мас.%.

Детали компрессора ГТД и образцы из жаропрочной мартенситной стали ЭП866, жаропрочного железохромоникелевого сплава ЭП718 и титанового сплава ВТ8 подготавливали к нанесению покрытия. В качестве деталей из жаропрочной мартенситной стали ЭП866, сплава ЭП718 и сплава ВТ8 использовали лопатки компрессора газотурбинного двигателя морской авиации. Покрытие толщиной 8-10 мкм наносили на замковую часть лопаток, которая в процессе работы испытывает контактные нагрузки и подвержена солевой и фреттинг-коррозии и контактному износу. Замки лопаток и образцы подвергали пескоструйной обработке и последующей обдувке сжатым воздухом, очищенным от влаги и масла. Затем состав наносили кистью на замки лопаток, а на образцы - путем их окунания в состав. Затем проводили сушку покрытия на воздухе. После чего проводили ступенчатую термообработку лопаток и образцов с покрытием с нагревом от комнатной температуры до 150°С с выдержкой при этой температуре 30 минут, затем нагревали до 500°С (500°С - максимальная рабочая температура лопаток компрессора из титанового сплава ВТ8) и делали выдержку при этой температуре в течение 30 минут, затем охлаждали детали и образцы вместе с печью до 100°С, затем на воздухе.

Таблица 1
Ингредиенты	Содержание ингредиентов, мас.%, в составе
1	2	3
Алюмохромфосфатное связующее	30	32,5	35
Дистиллированная вода	12	15	18
Хромовый ангидрид	2	2,5	3
Дисилицид молибдена	56,0	49,7	40,5
1% водный раствор поверхностно-активного вещества		0,3	0,5

На образцах и замках лопаток токовихревым способом определяли толщину покрытия. Толщина изменялась в пределах 8,5-10 мкм при допустимой толщине 12 мкм. Коррозионную стойкость деталей и образцов с покрытием исследовали по методике ускоренных циклических испытаний на плоских образцах 20×30×1,5 мм по режиму: нагрев до температуры 600°С и выдержка 1 ч, подстуживание на воздухе 2 минуты, охлаждение в 3% растворе NaCl, выдержка в течение 22-24 часов во влажной камере. Отметим, что удовлетворительной коррозионной стойкостью считается 10 циклов испытаний без коррозионного повреждения. Стойкость к контактному износу в условиях фреттинг-коррозии проверяли на специальном стенде, позволяющем нагружать контактирующую пару и задавать перемещение с малой амплитудой и с определенной частотой. Условия испытаний для всех образцов были одинаковыми, полученные результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2
Вид образца	Число циклов до появления очагов коррозии, цикл	Глубина износа за 100 ч испытания, мкм
Состав 1	Состав 2	Состав З	Состав 1	Состав 2	Состав 3
Сталь ЭП866 с покрытием	19	17	18	1-1,2	<1	1,8-2,0
Сплав ЭП718 с покрытием	20	17	18	1-1,3	<1	2,0-2,2
Сплав ВТ8 с покрытием	>20	>20	>20	1,4-1,6	1,2-1,3	2,2-2,5
Сплав ЭП718 без покрытия	4	45-70 снят с испытаний через 12 ч. Сильно выраженный износ
Сталь ЭП718 с покрытием прототипом по АС №1207619	6	60-90 снят с испытаний через 12 ч. Сильно выраженный износ

Из приведенных в таблице результатов видно, что предлагаемый состав позволяет получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью. Покрытие по способу прототипа на основе водного раствора АХФС с дистен-силлиманитовой пастой, гидратом окиси кальция незначительно повышает коррозионную стойкость сплава ЭП718. Минимальную стойкость к солевой коррозии при максимальной температуре испытаний 600°С имеет основа (сплав ЭП718) без покрытия. Что касается контактного износа в условиях фреттинг-коррозии (фреттинг - износ), то предлагаемое покрытие имеет на один - два порядка меньший износ, чем покрытие по способу прототипа и материал без покрытия.

Замки лопаток компрессора из стали ЭП866 и сплава ЭП718 с покрытием из предлагаемого состава прошли успешно испытания в составе газотурбинного двигателя. Испытания показали, что покрытие из прелагаемого состава позволит увеличить ресурс деталей более чем в два раза по сравнению с лопатками компрессора, имеющими серийное покрытие.

1. Состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или из жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, содержащий алюмохромфосфатное связующее, наполнитель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хромовый ангидрид, а в качестве наполнителя - порошок дисилицида молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Алюмохромфосфатное связующее	30-35
Вода	12-18
Хромовый ангидрид	2-3
Дисилицид молибдена	Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активное вещество Синтанол, ОП-7, ОС-20, АФ-10 в количестве 0,3-0,5 мас.%.