Способ подготовки поверхности рабочего колеса турбины перед нанесением жаростойких покрытий

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения жаростойких покрытий ионно-плазменным напылением, и может быть использовано в ракетной промышленности для рабочих колес турбин жидкостных ракетных двигателей. Лопатки подвергают диффузионному отжигу при температуре 850±10°С в вакууме в течение времени, обеспечивающего создание поверхностного слоя лопаток, идентичного по прочности основному металлу лопаток, затем проводят механическую зачистку лопаток на глубину 15-30 мкм и их химическую очистку. Диффузионный отжиг проводят в вакууме 10^-3 мм рт. ст. в течение 30-60 минут. Механическую зачистку поверхностного слоя лопаток осуществляют с помощью электрокорунда. Получается прочный поверхностный слой лопаток, идентичный по химическому составу основному металлу рабочего колеса турбины, позволяющий избежать на поверхности трещин и других дефектов. 2 з.п. ф-лы.

 

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к способу подготовки поверхности рабочего колеса турбины перед нанесением на его поверхность жаростойких покрытий, преимущественно ионно-плазменным напылением, которое может быть использовано в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей.

Предшествующий уровень техники

Нанесение прочных и жаростойких покрытий на лопатки рабочих колес турбин ионно-плазменным напылением требует проведения операции устранения различных дефектов с их поверхностного слоя, возникших при изготовлении лопаток, как механическим, так и электроэрозионным методами.

Известен способ подготовки поверхности лопаток перед нанесением жаростойкого покрытия электронно-лучевым напылением, включающий операции виброшлифования, пластическую операцию - наклеп и последующий рекристаллизационный отжиг при температуре 1200°С, который способствует созданию в их поверхностном слое мелкозернистой структуры (автор. свид. СССР №1448760, МКИ С23С 14/02, 1987 г.).

Известная технология позволила значительно повысить усталостную прочность лопаток турбины, изготовленных из сплава на никелевой основе механическим методом.

Однако указанный способ подготовки поверхности лопаток перед нанесением жаростойкого покрытия не может быть применен в случае изготовления их электроэрозионным методом по следующим причинам:

- в процессе электроэрозионной обработки в поверхностном слое лопаток происходит изменение химического состава, приводящее к ухудшению адгезионной способности;

- кроме того, на поверхности лопаток остаются трещины и прилипший к ней шлам, имеющий прочное сцепление с основным металлом. Это обстоятельство может привести к искажению поверхностного слоя, а значит и к резкому ухудшению усталостной прочности лопаток, а также к снижению адгезионной прочности нанесенного покрытия.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения - создание технологии подготовки поверхности лопаток рабочего колеса турбины, изготовленных электроэрозионной обработкой, которая позволила бы получать поверхностный слой лопаток, идентичный по химическом составу с основным металлом, а также избежать появление на их поверхности трещин и других дефектов.

Задача решена за счет того, что в способе подготовки поверхностей подвергнутых электроэрозионной обработке лопаток рабочего колеса турбины из жаропрочного сплава на основе никеля перед напылением жаростойких покрытий лопаток подвергают диффузионному отжигу при температуре 850±10°С в вакууме в течение времени, обеспечивающего создание поверхностного слоя лопаток, идентичного по прочности основному металлу лопаток, затем проводят механическую зачистку лопаток на глубину 15-30 мкм и их химическую очистку.

Другими отличиями предлагаемого способа являются:

- диффузионный отжиг проводят в вакууме 10^-3 мм рт. ст. в течение 30-60 минут.

- механическую зачистку поверхностного слоя лопаток осуществляют с помощью электрокорунда.

Технический результат - получение плотного и прочного поверхностного слоя лопаток рабочего колеса турбины без инородных частиц и трещин, пригодного для нанесения на него жаростойкого покрытия с требуемой адгезией.

Пример реализации изобретения

Лопатки рабочего колеса турбины изготавливают электроэрозионной обработкой на станке «Робоформ». В результате этой обработки на их поверхности возникают различного рода дефекты: трещины, наплывы, шлам. Кроме того, в поверхностном слое происходит изменение химического состава, приводящее к ухудшению его адгезионной способности. Для исключения этого негативного влияния рабочее колесо турбины с лопатками подвергают диффузионному отжигу, для чего его помещают в вакуумную печь, нагревают до температуры 850±10°С и выдерживают при ней в течение 30-60 минут в вакууме 1·10^-3 мм рт. ст. Указанная обработка позволяет за счет диффузионных процессов создать однородный и равнопрочный поверхностный слой с основным металлом, частично убрать наплывы и разрыхленность. Далее осуществляют механическую зачистку поверхностей лопаток на глубину 15-30 мкм за счет использования электрокорунда в качестве рабочего абразивного инструмента. В результате этой зачистки происходит удаление шлама, наплывов и трещин.

Для полной очистки поверхности лопаток от остаточных явлений, после зачистки, используют операции ее химической обработки, промывки и сушки. В качестве химической обработки используют такие операции, как обезжиривание и химическое травление.

Промышленное применение

Предложенная технология может быть использована при нанесении жаростойкого никелевого покрытия на лопатки рабочих колес турбин жидкостных ракетных двигателей.

1. Способ подготовки поверхностей подвергнутых электроэрозионной обработке лопаток рабочего колеса турбины из жаропрочного сплава на основе никеля перед напылением жаростойких покрытий, отличающийся тем, что лопатки подвергают диффузионному отжигу при температуре 850±10°С в вакууме в течение времени, обеспечивающего создание поверхностного слоя лопаток, идентичного по прочности основному металлу лопаток, затем проводят механическую зачистку лопаток на глубину 15-30 мкм и их химическую очистку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диффузионный отжиг проводят в вакууме 10^-3 мм рт. ст. в течение 30-60 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую зачистку поверхностного слоя лопаток осуществляют с помощью электрокорунда.