Металлокерамическое покрытие

Изобретение относится к средствам защиты деталей из сплавов на никелевой основе для турбин жидкостных ракетных двигателей. Покрытие содержит никель, оксид бария, оксид церия, оксид бора, оксид алюминия, оксид циркония, оксид кремния, оксид титана и оксиды калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: 40-55 никеля, 13-16 оксида бария, 14-16,6 оксида церия, 10-13 оксида бора, 5-8 оксида алюминия, 1-2 оксида циркония, 2-4 оксида кремния, 0,05-0,15 оксида титана, 0,05-0,15 оксидов калия и натрия. В результате повышаются эксплуатационные характеристики покрытия. 2 табл.

 

Изобретение относится к области покрытий для защиты поверхности сплавов на никелевой основе от воздействия агрессивных сред в условиях работы турбин жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих в высокотемпературном потоке окислительного генераторного газа, содержащего частицы сплава АМг6, являющегося инициатором загорания.

Известно использование для защиты никелевых сплавов от возгорания стеклоэмалевых покрытий, непосредственно наносимых на сплав без промежуточного металлического слоя, например, никелевого (С.С. Солнцев «Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали», М., Машиностроение, 1984, с. 200), устойчивые к воздействию высокоскоростной газовой коррозии (до 900°C). Однако в условиях работы турбонасосного агрегата приходится иметь дело с высокоскоростным и высокотемпературным потоком кислорода, содержащего частицы сплава АМг6, которые могут привести к возгоранию. Поэтому описанные стеклоэмалевые и стеклокерамические покрытия не решают задачи защиты от возгорания в вышеуказанных условиях работы турбонасосного агрегата и разрушаются уже при температуре около 650°C.

Для повышения устойчивости керамического слоя в его состав добавляют металлические порошки, в частности порошок никеля, что приводит к повышению прочности сцепления покрытия со сплавом и соответственно к эрозионной стойкости, стойкости к циклическому воздействию температур и вибрационных нагрузок, а также к повышению пластичности по сравнению с керамическими или стеклокерамическими покрытиями (авторское свидетельство №916458, МКИ С03С 8/16, 8/06; А.А. Аппен «Температуроустойчивые неорганические покрытия», Л., «Химия», 1976, с. 157-159). Однако в условиях работы турбонасосного агрегата при температурах до 900°С эти покрытия расплавляются и уносятся потоком. Покрытие (патент РФ №2078849, МКИ С23С 24/00, 30/00) имеет недостаточную прочность сцепления со сплавом и подколы на деталях при работе указанного агрегата.

Наиболее близким покрытием к заявляемому является защитное покрытие, описанное в патенте РФ №2159386, МКИ С22С 29/12. Композиция для получения покрытия содержит в своем составе, в масс. %:

Никель - 36-58

Оксид бария - 16-19

Оксид бора - 7-13

Оксид алюминия - 6-9

Оксид церия - 14-19

Оксид циркония - 1-2

Недостатком указанного покрытия являются низкие твердость и эрозионная стойкость, малый срок годности шликера для нанесения покрытия (около 3 мес.), и, кроме того, оно предназначено для формирования на никелевом слое.

Целью изобретения является создание металлокерамического покрытия для защиты изделий из никелевых сплавов, в частности, проточной части турбин турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей, стойкого к термоциклическому и эрозионному воздействию высокоскоростного и высокотемпературного до 900°С потока кислородсодержащего газа, содержащего инициирующие зажигание частицы. Кроме того целью является создание покрытия, шликер которого имеет длительный срок годности (до 3 лет).

Цель изобретения достигается тем, что указанное металлокерамическое покрытие содержит, в масс. %, следующие компоненты:

Никель - 40-55

Оксид бария - 13-16

Оксид церия - 14-16,6

Оксид бора - 10-13

Оксид алюминия - 5-8

Оксид циркония - 1-2

Оксид кремния - 2-4

Оксид титана - 0,05-0,15

Оксид калия + оксид натрия - 0,05-0,15

Полученное покрытие защищает никелевые сплавы и выдерживает без разрушения циклическое воздействие высокоскоростного и высокотемпературного потока окислительного генераторного газа и устойчиво к воздействию частиц сплава АМг6. Твердость этого покрытия выше, чем у прототипа, а шликер имеет срок годности значительно длиннее (около 3 лет).

Для апробирования предлагаемого покрытия на деталях из никелевых сплавов были взяты тонкодисперсные порошки никеля и указанных в рецептуре оксидов. В полученную смесь добавляли воду и приготавливали шликер. Наносили шликер на детали методом окунания, распыления или залива в зависимости от сложности формы детали. Сушили шликерные слои на воздухе или в потоке горячего воздуха. Обжигали покрытие в печи в среде инертного газа, например аргона, при температуре 1000-1100°С в течение 0,5-1 ч.

Пример осуществления изобретения

В качестве образцов были взяты изготовленные из никелевых сплавов ЭП741НП и ЭК61 пластинки 40×40×2 мм, образцы-лопатки длиной 70 мм, шириной 12 мм, толщиной 3 мм и цельноизготовленное рабочее колесо турбины и корпус статора турбонасосного агрегата ЖРД.

Согласно рецептуре готовили шликеры с содержанием компонентов, указанных в табл. 1. На образцы и рабочее колесо наносили покрытие методом окунания, а на корпус статора методом залива. Сушили покрытие на образцах и деталях в потоке горячего воздуха. Обжигали образцы и детали с нанесенным покрытием в контейнере, заполненном аргоном, при температурах 1000, 1050, 1100°С в течение 30, 45, 60 мин. Кроме того были изготовлены образцы с покрытием, взятым в качестве прототипа.

Оценивали прочность сцепления покрытия с подложкой, термическую устойчивость и стойкость к возгоранию образцов-лопаток с покрытием. О прочности сцепления судили по характеру скола от удара 0,5 кгс⋅м на копре. Термически устойчивым считали покрытие, выдерживающее без разрушения 50 термоциклов нагрева до температуры 900°C с охлаждением до 20°С в воде и снова нагрев, а также при нагреве до 650°C с охлаждением до 20°С (вода). Твердость определяли по шкале Мооса.

Стойкость к возгоранию определяли по методике на специальной установке в потоке газообразного кислорода при давлении 150±10 кгс/см2 и температуре до 900°С при вдуве частиц сплава АМг6 размером менее 0,4 мм и суммарной массой навески 0,05 г.

Составы покрытия согласно настоящему изобретению с минимальными, средними и максимальными значениями содержания исходных компонентов и состав известной композиции приведены в табл. 1.

В результате экспериментальных исследований установлено, что в предложенном покрытии увеличение содержания выше максимальных значений всех компонентов, кроме оксидов бора и щелочных металлов, приводит к повышению температуры обжига и снижению механической прочности покрытия. Уменьшение ниже минимальных значений содержания никеля приводит к снижению пластичности покрытия, а снижение содержания оксидов бария, алюминия, церия, циркония, титана и кремния приводит к уменьшению прочности сцепления покрытия и температуры обжига. Уменьшение количества оксидов бора и щелочных металлов в рецептуре покрытия повышает температуру его обжига и снижает прочность.

Режимы обжига и свойства покрытия приведены в табл. 2.

Как следует из данных табл. 2, предлагаемое покрытие надежно защищает никелевые сплавы от эрозионного воздействия потока окислительного газа, обладает высокой термической устойчивостью, повышенной твердостью и прочностью сцепления.

Опробование покрытия на рабочем колесе турбины из никелевого сплава ЭП741НП при испытаниях на горячем газе показало, что покрытие полностью сохраняется на всех его поверхностях без каких-либо изменений. Опробование предлагаемого покрытия на проточной части корпуса статора из сплава ЭК61 также показало, что оно прочно удерживается на всей поверхности этой сборочной единицы сложной конфигурации, выдерживает все технологические нагревы и испытания при давлении выше 450 кгс/см2.

Использование предлагаемого покрытия на деталях и узлах сложной формы из сплавов на никелевой основе обеспечивает их работоспособность и надежность при циклическом воздействии высокоскоростного, высокотемпературного потока окислительного генераторного газа, содержащего частицы сплава АМг6, при температурах до 900°С.

Металлокерамическое покрытие, содержащее никель, оксиды бария, церия, бора, алюминия и циркония, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксиды кремния, титана, калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель 40-55
Оксид бария 13-16
Оксид церия 14-16,6
Оксид бора 10-13
Оксид алюминия 5-8
Оксид циркония 1-2
Оксид кремния 2-4
Оксид титана 0,05-0,15
Оксид калия + оксид натрия 0,05-0,15



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов. Способ включает прокаливание глинозема, содержащего α-А12О3 и γ-А12О3, его виброизмельчение, обогащение, сушку с получением оксида алюминия модификации α-Al2O3, его смешивание с оксидом кремния, карбидом титана, карбидом вольфрама, карбидом бора, оксидом хрома, никелем, молибденом, ниобием и кобальтом, пластификацию и горячее прессование с получением отпрессованной пластины, спекание, отжиг с выдержкой в течение 5-10 минут в области температурного максимума и ее механическую обработку.
Изобретение относится к получению порошковой оксидной калий-титановой бронзы. Ведут механохимическую обработку реакционной смеси, состоящей из диоксида титана и иодида калия в мольном соотношении 1:0,12, в планетарной мельнице с числом оборотов барабана мельницы 1200 в мин в течение 400 с.

Изобретение относится к способу получения керамических пластин режущего инструмента для обработки резанием труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные и легированные стали.
Группа изобретений относится к получению спеченного инструментального материала на основе оксида алюминия. Материал состоит из зерен оксида алюминия сферической формы размером от 0,01 до 0,4 мкм с тонкой пленкой никеля на поверхности каждого зерна толщиной 0,1÷0,4 от его размера.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.
Изобретение относится к изготовлению градиентных керамических материалов на основе порошков оксидов металлов. Получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смеси порошков оксидов металлов посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0,1 до 100 мкм, затем к упомянутому порошку добавляют органическую связку, перемешивают формовочную смесь, заливают ее в форму, выдерживают формовочную смесь для расслоения ее по фракциям и спекают полученную заготовку с изотермической выдержкой.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к определению критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик включает определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки.

Изобретение относится к получению компактных деформируемых заготовок из сплавов TiHfNi с высокотемпературным эффектом памяти формы. Способ включает гидридно-кальциевый синтез порошковой смеси при температуре 1100-1300°С в течение не менее 6 часов, после чего полученные продукты обрабатывают водой, а затем раствором соляной кислоты, затем полученный порошок консолидируют путем прессования с формированием прессовки требуемой формы, которую подвергают спеканию в вакууме при остаточном давлении не выше 10-4 мм рт.ст.

Изобретение относится к области специальной металлургии, конкретно к способам получения сплава 42ХНМ на никелевой основе с использованием рециклирования отходов. Способ состоит из подготовки шихтовых материалов, содержащих кондиционные и некондиционные отходы, включающие стружку, формирования завалки вакуумной печи, последующего вакуумного переплава и разливки металла, при этом переплав проводят при высоком вакууме с электромагнитным перемешиванием, а разливку металла производят в вакууме в стальные трубы или изложницы с получением вторичных активированных кондиционных отходов в виде электрода, которые в составе шихтовых материалов попадают в открытую индукционную печь с защитной крышкой для выплавки сплава 42ХНМ.

Изобретение относится к изготовлению изделия из высокотемпературного композиционного антифрикционного материала. Способ включает подготовку порошкообразных компонентов исходной смеси, измельчение до заданных размеров частиц, формование и спекание.

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ получения узкофракционных сферических порошков из жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля включает стадию предварительного выделения заданной фракции путем классификации исходного порошкообразного материала зернистостью 5-150 мкм, стадию получения целевого продукта, заключающуюся в проведении термовакуумной обработки в течение 3-4 ч при остаточном давлении 10-5-10-6 мм рт.ст., температуре 800-900°С и скорости нагрева до данной температуры 15-20°С/мин и последующей плазменной сфероидизации, при этом оставшийся после предварительного выделения заданной фракции более мелкий и более крупный порошок подвергают перемешиванию, прессованию, вакуумному спеканию до относительной плотности 70-80%, размолу, после чего полученный порошок возвращают на стадию предварительного выделения заданной фракции и далее выделенную заданную фракцию направляют на стадию получения целевого продукта.

Изобретение относится к области специальной металлургии получения сплавов на никелевой основе. Способ состоит в восстановлении и активации некондиционных отходов основного производства при подготовке шихтовых материалов для марочной выплавки металла.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения одинаковых механических свойств и размера зерна в ленте переменной толщины по ее длине способ включает следующие последовательно проводимые этапы: подготовка исходной ленты одинаковой толщины, холодная равномерная прокатка исходной ленты по ее длине для получения промежуточной ленты одинаковой толщины в направлении прокатки, холодная гибкая прокатка промежуточной ленты по ее длине для получения ленты переменной толщины, содержащей по своей длине первые участки первой толщины (e+s) и вторые участки второй толщины (е), которая меньше первой толщины (e+s), отжиг ленты при ее протяжке.

Изобретение относится к покрытой высокотемпературной конструкционной детали с кобальтовым покрытием. Высокотемпературная конструкционная деталь содержит металлическую подложку (4, 4') из жаростойкого сплава, причем жаростойкий сплав представляет собой сплав на основе никеля или кобальта и имеет первое содержание углерода.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никель-бериллий. Никель-бериллиевый сплав содержит, мас.%: бериллий 1,5-5,0, ниобий 0,4-6,0, никель – остальное.

Изобретение относится к получению пористого сплава на основе никелида титана. Способ включает спекание шихты из порошка никелида титана марки ПВ-Н55Т45С в электровакуумной печи.

Изобретение относится к получению композиционного материала из стали и смесей порошков никеля и борида вольфрама. Способ включает размещение в цилиндрической стальной ампуле прессуемой порошковой смеси, инициирование процесса детонации в заряде взрывчатого вещества (ВВ) и взрывное прессование.

Изобретение относится к средствам защиты деталей из сплавов на никелевой основе для турбин жидкостных ракетных двигателей. Покрытие содержит никель, оксид бария, оксид церия, оксид бора, оксид алюминия, оксид циркония, оксид кремния, оксид титана и оксиды калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.: 40-55 никеля, 13-16 оксида бария, 14-16,6 оксида церия, 10-13 оксида бора, 5-8 оксида алюминия, 1-2 оксида циркония, 2-4 оксида кремния, 0,05-0,15 оксида титана, 0,05-0,15 оксидов калия и натрия. В результате повышаются эксплуатационные характеристики покрытия. 2 табл.

Наверх