Порошковая композиция для прирабатываемого уплотнительного покрытия

Авторы патента:

C23C4/067 - Способы покрытия путем распыления материала в расплавленном состоянии, например пламенное, плазменное или дуговое напыление (металлизаторы B05B; производство сплавов, содержащих волокна или нити термическим распылением металла C22C 47/16; плазмотроны H05H)

C22C19/03 - никеля

C22C1/05 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

B22F2302/40 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

B22F1/12 - Специальная обработка металлических порошков, например для облегчения обработки, для улучшения свойств; металлические порошки как таковые, например смеси порошков различного состава (C04, C08 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2791301:

Общество с ограниченной ответственностью "Имхотеп" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении порошковых композиций для уплотнительных покрытий деталей турбомашины, получаемых методом химической металлизации, например химическим никелированием. Порошковая композиция на основе никеля, полученная методом химической металлизации, содержащая графит, дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель – основа, графит - 17,0-28,0, фосфор – 1,0-8,0, примеси – не более 2,0. Обеспечивается получение покрытия из порошковой композиции с требуемой твердостью и высокими показателями эрозионной стойкости, повышение работоспособности покрытия при повышенных температурах. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии, и может быть использовано при изготовлении порошковых композиций для уплотнительных покрытий деталей турбомашины, получаемых методом химической металлизации, например, химическим никелированием.

Известно использование прирабатываемого материала для уплотнения в турбомашине. Такой материал наносится в виде слоя на поверхности корпусов и способен разрушаться в случае контакта с роторными лопатками, не разрушая их. При этом материал должен обладать допустимой твердостью для таких покрытий и высокой эрозионной стойкостью для повышенного ресурса покрытия из прирабатываемого материала.

Известна порошковая композиция для прирабатываемого покрытия компании Н.С.Starck AMPERIT 205.005 (amperit_140403_anschnitt.qxd (tecnospray.net) дата обращения 09.06.2022) на основе никеля, с содержанием графита, кобальта, меди, железа, серы, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Наиболее близкими являются порошковая композиция 309NS-3 фирмы Oerlikon Metco (https://www.oerlikon.com/ecoma/files/DSM-0227.4 NiGraphite.pdf?download=true дата обращения 09.06.2022) и порошковый материал НПГ-75 (ИСТИРАЕМОСТЬ И ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГТД (viam-works.ru) дата обращения 09.06.2022), которые содержат никель и графит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Недостатком данных порошковых композиций является низкая эрозионная стойкость и твердость получаемого покрытия, наносимого способами газотермического напыления из данных композиций, которая влияет на работоспособность покрытия при эксплуатации в условиях повышенных температур.

Техническим результатом, на который направлено изобретение является создание порошковой композиции, полученной методом химической металлизации, для прирабатываемого уплотнительного покрытия, получаемого способами газотермического напыления с требуемой твердостью и высокими показателями эрозионной (газоабразивной) стойкости для прирабатываемых уплотнительных покрытий турбомашин, и, следовательно, повышение работоспособности покрытия при повышенных температурах.

Технический результат достигается тем, что порошковая композиция, полученная методом химической металлизации, на основе никеля содержит графит, отличается от известных тем, что дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Наличие фосфора в составе порошковой композиции позволяет повысить эрозионную стойкость прирабатываемого уплотнительного покрытия, наносимого способами газотермического напыления, а также достичь заданной для прирабатываемых покрытий твердости, которая позволит обеспечить бездефектную работу проточной части турбомашины.

Для подтверждения эффективности предлагаемой порошковой композиции были проведены экспериментальные исследования по определению твердости прирабатываемого покрытия и эрозионной стойкости после работы пары лопатка-покрытие с различным соотношением компонентов.

В качестве материала, на который наносилось покрытие с различным соотношением компонентов, выбран титановый сплав ВТ20. В качестве вращающейся лопатки взята пластина с двумя выступами прямоугольной формы из титанового сплава ВТ6. Температура при экспериментальных исследованиях была 500°С.

Твердость полученного прирабатываемого покрытия определялась по Бринеллю.

Метод определения эрозионной стойкости основан на измерении потери массы исследуемого материала при обдувании его потоком твердых частиц (электрокорунд с величиной частиц 100 мкм).

За эрозионную стойкость материала, согласно формуле (1) принимается отношение объема истраченного абразива (частиц электрокорунда) к объему унесенного им испытываемого материала (согласно статье «Истираемость и эрозионная стойкость уплотнительных материалов проточной части ГТД», Д.П. Фарафонов, В.П. Мигунов, А.А. Сараев, Н.Е. Лещев, УДК 62-762, viam-works.ru, дата обращения 01.10.2021):

где V_a - объем истраченного абразива, см³; γ_m - плотность испытываемого материала, г/см³; Δm - потеря массы испытываемого образца, г.

Для исследования были выбраны порошковые композиции, полученные методом химической металлизации, при различном соотношении компонентов (таблица 1).

Эксперимент №1 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления из порошковой композиции НПГ-75.

Эксперимент №2 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления с заявляемым составом порошковой композиции.

Эксперимент №3 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления, с составом, имеющим меньшее значение графита по сравнению с заявляемым составом.

Эксперимент №4 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления, с составом, имеющим большее значение графита по сравнению с заявляемым составом.

Эксперимент №5 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления, с составом, имеющим меньшее значение фосфора по сравнению с заявляемым составом.

Эксперимент №6 проводился для прирабатываемого покрытия, наносимого методом плазменного напыления, с составом, имеющим большее значение фосфора по сравнению с заявляемым составом.

Согласно проведенным исследованиям прирабатываемое покрытие, наносимое из композиционного порошка по составу прототипа (эксперимент №1), обладает пониженными значениями твердости и эрозионной стойкости при высоких температурах, что приводит к снижению работоспособности покрытия, по причине его разрушения, и, как следствие, уменьшение ресурса работы турбомашины.

Прирабатываемые покрытия, наносимые из композиционного порошка по составу №3 и №6, обладают высокой твердостью и эрозионной стойкостью. С увеличением твердости покрытия повышается его износостойкость, следовательно, увеличивается степень износа торца лопатки, возникает риск образования механических дефектов (например, трещин или сколов) на лопатках в момент их врезания в материал покрытия, что приводит к снижению ресурса работы роторной машины в целом.

Прирабатываемое покрытие, наносимое из композиционного порошка по составу №4, обладает достаточной твердостью, но низкой эрозионной стойкостью, что приводит к снижению работоспособности самого покрытия, связанному с образованием неоднородной структуры покрытия при высоких температурах в процессе работы турбомашины.

Прирабатываемое покрытие, наносимое из композиционного порошка по составу №5 имеет низкую твердость и эрозионную стойкость, что приводит к появлению явления наволакивания материала покрытия на торец лопатки в процессе эксплуатации и снижению эффективности применения покрытия.

Прирабатываемое покрытие, наносимое из композиционного порошка по составу №2, обладает допустимой твердостью и повышенной эрозионной (газоабразивной) стойкостью для прирабатываемых уплотнительных покрытий, гарантирующие работу турбомашины в течение заданного ресурса, и является оптимальным составом для данного покрытия, наносимого способами газотермического напыления.

Таким образом, предложенная порошковая композиция для получения прирабатываемых уплотнительных покрытий методом газотермического напыления, позволяет получить прирабатываемое уплотнительное покрытие, работающее при высоких температурах, с высокой работоспособностью благодаря достижению допустимой для таких покрытий твердости и высокой эрозионной стойкости.

Благодаря тому, что порошковая композиция, полученная методом химической металлизации, на основе никеля содержит графит, отличается от известных тем, что дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас. %: никель - основа, графит - 17,0-28,0, фосфор - 1,0-8,0, примеси не более 2,0, достигается высокая эрозионная стойкость прирабатываемого уплотнительного покрытия, наносимого способами газотермического напыления, а также заданная для прирабатываемых покрытий твердость, которая позволит обеспечить бездефектную работу проточной части турбомашины.

Порошковая композиция на основе никеля, полученная методом химической металлизации, содержащая графит, отличающаяся тем, что дополнительно содержит фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель Ni	основа
Графит C	17,0-28,0
Фосфор P	1,0-8,0
Примеси	не более 2,0

Изобретение относится к рабочим валкам прокатного стана с покрытием. Способ нанесения покрытия из сплава карбида вольфрама на валки прокатного стана включает обезжиривание поверхности прокатного валка, нагрев прокатных валков диаметром более 500 мм до температуры 40-50°C, а прокатных валков диаметром менее 500 мм до температуры 80-100°C, нанесение покрытия из сплава карбида вольфрама, содержащего бориды молибдена или карбиды хрома высокоскоростным воздушно-топливным термическим напылением, при этом в качестве топлива используют пропан под давлением 593-614 кПа, расплавленный материал подают к пистолету-распылителю с помощью газа-носителя и распыляют на прокатный валок с помощью пистолета со скоростью подачи от 1 до 8 кг/ч.

Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы ti/tiв2 // 2791259

Изобретение относится к области металлургии, в частности к газотермическому нанесению износостойких покрытий из композиционного порошка системы Ti/TiB2, сохраняющих свою эффективность при воздействии отрицательных температур. Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы Ti/TiB2 включает очистку поверхности подложки дробеструйной обработкой и спиртом, получение дисперсной порошковой смеси титана с диборидом титана, ввод в плазменную струю порошкового материала и его напыление, при этом синтезируют гомогенизированную порошковую смесь из тонкодисперсного порошка диборида титана фракции 0,5-4 мкм и порошка титана фракции от 10 до 40 мкм при содержании диборида титана от 10 мас.% до 30 мас.%, которую подвергают механохимическому синтезу в высокоэнергетической истирательной установке в течение 3-6 минут при скоростях вращения 1000-1200 об/мин.

Композиционное износостойкое покрытие // 2791250

Изобретение относится к дисперсно-упрочненным детонационным покрытиям, работающим в условиях значительного изнашивания. Способ получения композиционного износостойкого покрытия, содержащего матрицу из сплава Fe66Cr10Nb5B19 с аморфной структурой и упрочняющие частицы оксида алюминия, на металлическом изделии включает приготовление порошковой смеси из порошков многокомпонентного сплава на основе железа с высокой стеклообразующей способностью с размером частиц от 20 до 40 мкм и оксида алюминия с размером частиц от 20 до 45 мкм при содержании порошка оксида алюминия в порошковой смеси 10-40 мас.

Способ получения антикоррозионного металлополимерного покрытия // 2789355

Изобретение относится к способам получения антикоррозионного металлополимерного покрытия и может быть использовано в нефтегазовой отрасли, в частности на металлических рабочих поверхностях колонного и емкостного оборудования, аппаратов и т.п., применяемых при добыче, транспортировке и переработке природного газа и других углеводородов.

Порошковая проволока для получения в виде покрытия композитной антифрикционной бронзы // 2788418

Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционным бронзовым материалам, и может быть использовано в горнорудной промышленности, машиностроении, энергетике для тяжелонагруженных узлов скольжения. Порошковая проволока для получения в виде покрытия композитной антифрикционной бронзы состоит из медной оболочки и сердечника, выполненного из шихты, содержащей порошки алюминия, железа, никеля, кремния и марганца, при следующем соотношении компонентов в порошковой проволоке, мас.%: железо 11-14, никель 5-9, алюминий 0,2-0,5, кремний 0,7-1,3, марганец 0,2-0,4, медная оболочка - остальное.

Способ получения вольфрамсодержащего покрытия на металлических деталях нефтегазового машиностроения // 2784024

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для восстановления и упрочнения деталей нефтегазового машиностроения. Способ получения стойкого композиционного покрытия на деталях нефтегазового машиностроения, включающий холодное газопламенное напыление, отличающийся тем, что используют порошковую композицию, содержащую по объему: 59,05% Ni, 28,86% W, 5,33% Cr, 1,74% Fe, 1,18% B, 2,45% Si, 1,39% C, c дисперсностью 15-30 мкм, напыление ведут в контролируемой среде кислорода и ацетилена с формированием армированной никелевой основы, содержащей фазу γ-Ni, с равномерным распределением дисперсных карбидных включений WC, а также карбидов и боридов Cr23C6, Cr7C3, Cr3W3C, Cr5B3, B4C, являющихся устойчивыми фазами, повышающими микротвердость и износостойкость покрытия.

Устройство детонационного напыления и способ его применения // 2783749

Изобретение относится к устройствам детонационного напыления и способам их применения, обеспечивающим эффективное нанесение защитных покрытий на поверхность изделий. Устройство детонационного напыления покрытий на поверхность обрабатываемых деталей включает ствол с газораспределителем и средством воспламенения и по крайней мере один дозатор для подачи порошка, причем ствол содержит казенную секцию и дульную секцию, выполненные в виде осесимметричного канала, при этом дульная секция имеет выходное отверстие и выполнена таким образом, что включает участок, расширяющийся в направлении движения напыляемого порошка.

Плазменная горелка для нанесения покрытий // 2783203

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - исключение зон повышенного давления и разряжения газовой смеси, обеспечение однородности потока плазмы, снижение эрозии на электроде и на сопле, улучшение ресурсных характеристик плазменной горелки в виде надежности и износостойкости.

Способ плазменного напыления покрытий на рабочие поверхности шнека // 2782903

Изобретение относится к области газотермического напыления, а именно к способам плазменного напыления покрытий на сложнопрофильные поверхности деталей машин. Способ плазменного напыления покрытия на рабочие поверхности шнека включает предварительную обработку поверхностей шнека, обезжиривание и напыление порошкообразного материала.

Способ формирования металлооксидных пористых покрытий на титановых изделиях // 2781873

Изобретение относится к области машино- и приборостроения, а именно к технологиям формирования высокопористых металлооксидных покрытий на титановых изделиях, в том числе медицинского назначения. Способ формирования металлооксидных пористых покрытий на титановых изделиях включает воздушно-абразивную обработку, очистку от технологических загрязнений, электроплазменное напыление порошка гидрида титана дисперсностью 120-150 мкм с дистанции 120-150 мм, при токе дуги плазматрона - 350±10 А и мощности не более 12,5 кВт, затем титановое изделие с покрытием подвергают индукционному нагреву до 750-1150°С в воздушной атмосфере при нормальном давлении, частоте тока 60±10 кГц и удельной потребляемой электрической мощности 30-45 кВт/кг с последующей выдержкой в течение 120-300 с и охлаждению на воздухе до комнатной температуры.

Порошковая композиция для прирабатываемого уплотнительного покрытия // 2791299

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении порошковых композиций для прирабатываемых уплотнительных покрытий деталей турбомашины, получаемых методом химической металлизации, например химическим никелированием. Порошковая композиция на основе никеля содержит гексагональный нитрид бора, при этом она дополнительно содержит фосфор и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.