Способ нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других отраслях промышленности. Способ нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов включает загрузку кобальта, хрома и источника галогенидов, нагрев и одновременное диффузионное насыщение кобальтом и хромом поверхностей деталей в газовой среде, образующейся при взаимодействии источника галогенидов с кобальтом и хромом. В качестве источника галогенидов используют соль хлорида кобальта CoCl₂. В общем количестве загружаемых компонентов содержится в мас.%: соль хлорида кобальта CoCl₂ 0,5-20 и кобальт плюс хром от 80 до 99,5 при соотношении кобальта и хрома мас.%: кобальт 10-80 и хром 20-90. Получается покрытие для защиты от высокотемпературного окисления и коррозии деталей, работающих в агрессивной среде и при повышенных температурах, которое позволяет снизить продолжительность способа при одновременном повышении качества и долговечности покрытия, а также уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. 2 ил.

 

Изобретение относится к области химико-термической обработки, в частности к способам нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов диффузионным методом в газовой среде, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других отраслях промышленности для защиты от высокотемпературного окисления и коррозии деталей, работающих в агрессивной среде и при повышенных температурах.

Известен способ нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов, включающий нагрев и одновременное насыщение деталей кобальтом и хромом в газовой среде, содержащей галогенид аммония (см. патент RU №2347847, кл. С23С 10/14, опубл. 27.02.2009).

Несмотря на то что нанесение кобальта и хрома на поверхность детали придает последним комплекс физико-химических свойств, защищающих детали от высокотемпературного окисления и коррозии и позволяющих использовать кобальт-хром как основное покрытие, так и в качестве подложки для нанесения на нее дополнительных слоев, недостаток способа заключается в использовании в качестве активатора процесса галогенида аммония, так как при насыщении в структуре слоя образуются нитриды легирующих элементов - нитриды хрома, титана и др., что снижает пластичность покрытия и его жаростойкость. Кроме этого данный способ достаточно продолжителен, так как галогениды аммония, обычно, обладают высокой гигроскопичностью, поэтому перед загрузкой рабочей камеры установки для нанесения покрытий требуется дополнительная сушка. Также при применении солей галогенида аммония происходит выделение в атмосферу вредных, с точки зрения воздействия на окружающую среду, газообразных продуктов диссоциации, например хлорида водорода, йодида водорода, фторида водорода, аммиака.

Технический результат заявленного изобретения - снижение продолжительности способа при одновременном повышении качества и долговечности покрытия, полученного этим способом, и уменьшении вредного воздействия на окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов, включающем загрузку кобальта, хрома и источника галогенидов, нагрев и одновременное диффузионное насыщение кобальтом и хромом поверхностей деталей в газовой среде, образующейся при взаимодействии источника галогенидов с кобальтом и хромом, согласно изобретению в качестве источника галогенидов используют соль хлорида кобальта CoCl₂, при этом в общем количестве загружаемых компонентов содержится в мас.%: соли хлорида кобальта CoCl₂ 0,5-20 и кобальт плюс хром от 80 до 99,5 при соотношении кобальта и хрома мас.%: кобальт (10-80) и хром (20-90).

Использование в качестве галогенида соли хлорида кобальта CoCl₂ является существенным признаком, поскольку использование данной соли позволяет обеспечить необходимое качество покрытия: отсутствие нежелательных хрупких соединений металлов с азотом (нитридов) в структуре слоя; кроме этого уменьшается продолжительность процесса насыщения и слой не содержит вредных, с точки зрения экологии, газообразных продуктов диссоциации.

Указанное количество мас.% соли хлорида кобальта и суммарное мас.% кобальта и хрома является существенным признаком, поскольку именно при таком соотношении можно получить структуру поверхностного слоя, обогащенную кобальтом и хромом в заданном соотношении. При содержании хлорида кобальта менее 0,5% процесс протекает медленно и снижается выход Со и Cr в продукте химических транспортных реакций, в итоге получают низкую концентрацию кобальта и хрома в слое.

При высоком содержании соли хлорида кобальта, более 20%, в камере образуется избыток газа COCl_2(г), который выбрасывается в атмосферу, ухудшая экологию, при этом не происходит увеличение скорости насыщения поверхностного слоя деталей кобальтом и хромом.

При содержании кобальта мас.% менее 10 и содержании хрома более 90 резко снижается содержание Со в слое, преобладает диффузионное хромирование. При содержании кобальта мас.% в шихте более 80 и содержание хрома ниже 20, резко падает скорость переноса хрома на поверхность деталей, преобладает диффузионное кобальтирование.

Предложенный способ поясняется следующими графическими материалами:

на фиг.1 представлена структура покрытия на сплаве ЧС88У после диффузионного кобальтхромирования;

на фиг.2 представлена структура покрытия на сплаве ЧС88У после диффузионного кобальтхромирования и последующего шликерного алюмосилицирования.

При реализации способа нанесения покрытий на сплавы может быть использована установка, например, приведенная в патенте RU №2270880 С1, 27.02.2006 г., С23С 10/14, в которой осуществляют процесс диффузионного насыщения в циркулирующей газовой среде.

Пример. При температуре 1030°С в течение 5 ч проводят насыщение кобальтом и хромом поверхностного слоя лопаток турбины из сплава ЧС88У. В камеру установки загружают компоненты в следующем соотношении, мас.%: (кобальт - 40, хром - 60) - 90; хлорид кобальта (CoCl₂) - 10. Получали покрытие толщиной 20-30 мкм на внешней и внутренней поверхностях охлаждаемых лопаток турбины газотурбинного двигателя. Покрытие имеет светло-серый металлический цвет. Структура поверхностного слоя представляет собой γ-твердый раствор, обогащенный кобальтом и хромом в количестве Co(_max)=20%; Cr(_max)=18% (фиг.1). Химический состав покрытия оценивали методом микрорентгеноспектрального анализа. В поверхностном слое наблюдается повышенное содержание кобальта и хрома.

В случае использования покрытия из кобальта и хрома в качестве подложки для нанесения на нее следующих слоев, после насыщения указанными элементами, например, формируют окончательное покрытие путем шликерного алюмосилицирования (фиг.2) или путем алитирования или хромоалитирования в газовой или порошковой среде с помощью известных средств и методов.

Способ нанесения кобальта и хрома на детали из никелевых сплавов, включающий загрузку кобальта, хрома и источника галогенидов, нагрев и одновременное диффузионное насыщение кобальтом и хромом поверхностей деталей в газовой среде, образующейся при взаимодействии источника галогенидов с кобальтом и хромом, отличающийся тем, что в качестве источника галогенидов используют соль хлорида кобальта CoCl₂, при этом в общем количестве загружаемых компонентов содержится мас.%: соль хлорида кобальта CoCl₂ 0,5-20 и кобальт плюс хром от 80 до 99,5 при соотношении кобальта и хрома, мас.%: кобальт 10-80 и хром 20-90.