Спосіб захисту алітуванням металевих деталей, утворених щонайменше частково стільниковою структурою

1. Спосіб алітування осадженням із газової фази для захисту від окислювання при високій температурі металевої деталі, утвореної, щонайменше частково, стільниковою структурою, відповідно до якого щонайменше один газоподібний прекурсор покриття, який підлягає осадженню, що містить сполуку алюмінію, приводять за допомогою газу-носія в контакт із поверхнями вміщеної в C2 2 (19) 1 3 77624 4 го щільниковою структурою. У результаті цього на подібного прекурсора в контакт із внутрішніми попериферії кільця турбіни або ротора можуть виниверхнями чарунок аж до самого дна. Таким чином, кати витоки з утворенням гарячих точок і значного алітуванню піддаються цілком усі поверхні деталі з зниження кпд турбіни. Заміна покриття, що стиразабезпеченням їх захисту, що дозволяє значно ється, яке має щільникову структуру потребує зупідвищити їх довговічність. пинки турбіни, що при необхідності частої заміни Відповідно до варіанту здійснення винаходу в приводить до високих витрат. якості газу-носія використовують гелій. При цьому В даний час звичайно використовують спосіб спосіб може здійснюватися при атмосферному захисту за допомогою алітування осадженням із тиску або при тиску нижче атмосферного. газової фази. Цей процес добре відомий. Як прикВідповідно до іншого варіанту здійснення вилад можна зробити посилання на патент Франції находу в якості газу-носія використовують аргон, і №1433497. Відомий спосіб полягає в тому, що спосіб в оптимальному випадку здійснюють під одну або декілька деталей, які потребують захистиском, що не перевищує 50кПа, переважно, що ту, поміщають у камеру, в якій циркулює газова не перевищує 25кПа. суміш, що містить сполуку алюмінію, таку як галоПриклади здійснення даного винаходу будуть генід, і газ-розріджувач (газ-носій). Галогенід є докладніше описані нижче з посиланнями на креспродуктом реакції між галогеном, наприклад, хлолення, що прикладаються, на яких: ром або фтором, і металевим донором, що містить Фіг.1 у дуже схематичному виді зображує в роалюміній, наприклад, металевим сплавом алюмізтині по меридіанній площині частину турбіни нинію з одним або декількома металевими компонезького тиску в складі турбомашини, нтами матеріалу деталей, які підлягають захисту. Фіг.2 зображує в перспективі сегмент кільця по Газ-розріджувач забезпечує розведення і перенос Фіг.1, і газової суміші для приведення галогеніду в конФіг.3 у дуже схематичному виді зображує такт із деталями з метою формування бажаного установку для здійснення способу відповідно до покриття на їх поверхнях. У якості газувинаходу. розріджувача звичайно використовують аргон. У Приклади здійснення винаходу будуть описані зазначеному патенті Франції №1433497 згаданий нижче згідно зі способом формування захисного також водень, проте його використання на практипрошарку для сегментів кільця, встановленого на ці дуже утруднено із-за міркувань безпеки. нерухомих лопатках турбіни низького тиску в склаУ випадку обробки нерухомих деталей турбіни ді турбомашини. Вочевидь, що спосіб придатний низького тиску алітування повинно проводитися для використання стосовно до сегментів нерухопісля припаювання на деталі покриття з щільникомого кільця турбіни низького тиску, забезпеченим вою структурою, тому що паяння неможливо викощільниковою структурою, що стирається, також як нати після алітування. і до будь-якої металевої деталі, особливо будьКласичний спосіб алітування осадженням із якої авіаційної деталі, утвореної, щонайменше, газової фази дозволяє забезпечити формування частково щільниковою структурою. задовільного захисного прошарку на зовнішній У турбіні низького тиску, що у дуже схематичповерхні деталей, проте він не дає можливості ному виді показана на Фіг.1, нерухомі направляючі сформувати такий захисний прошарок усередині лопатки 10 своїми вільними кінцями входять у кічарунок до самого дна. У той же час захист від льце 12, що утворене прилеглими один до одного окислювання при високій температурі потрібно не сегментами. Кожний сегмент 13 кільця (Фіг.2) містільки поблизу відкритої частини чарунок, але татить сегмент 14 ободу, який має на внутрішній кож і до самого дна, де можуть застоюватися гарястороні щільникову структуру 16. чі гази згорання. Сегмент 14 ободу виготовлений із металевого Задача, на рішення якої спрямований даний матеріалу, наприклад, із супер-сплаву на основі винахід, полягає в створенні способу, що дозволяє нікелю або кобальту, такого як "НА214" (NC16Fe) здійснити захист алітуванням усіх відкритих повеабо "Hastelloy X" (NC22Fe) або "НА188" (KCN22W). рхонь деталей, утворених, щонайменше, частково Щільникова структура 16 також виготовлена з мещільниковою структурою, і особливо всіх поверталевого матеріалу, наприклад, із сунер-сплаву на хонь чарунок цієї структури. основі кобальту або на основі заліза, такого як Відповідно до винаходу рішення поставленої "НА214", і яка припаяна на сегменті 14 ободу або задачі досягається за рахунок способу, відповідно безпосередньо на направляючому апараті турбіни. до якого, щонайменше, один газоподібний прекурУ поперечному перетині (Фіг.1) структура 16 сор (вихідна речовина) покриття, який підлягає має ступінчастий профіль, що приблизно відповіосадженню, що містить сполуку алюмінію, приводає профілю зверненої до неї кільцевої частини дять за допомогою газу-носія в контакт із поверхротору 18 турбомашини. Ротор 18 має виступаючі нями поміщеної в камеру деталі. При цьому відпочастини 19, або язички, що утворюють лабіринтові відно до винаходу газ-носій вибирають із гелію й перегородки і під час роботи турбомашини прониаргону, а його тиск вибирають таким чином, що кають у щільникову структуру 16, що утворює поксередня довжина вільного пробігу молекул газуриття, що стирається, кільця 12. носія, щонайменше, у двічі перевищує цей розмір Чарунки 17 щільникової структури 16 мають для молекул аргону при атмосферному тиску. осі, орієнтовані по суті радіально. Як приклад виЗбільшення середньої довжини вільного пробісота чарунок 17 може складати від 5 до 20мм, а гу молекул газу-носія сприяє його більш легкому глибина проникнення язичків 19 у щільникову проникненню в чарунки щільникової структури і за структуру може складати від 2 до 3мм. рахунок цього дозволяє приводити молекули газоСпільна конфігурація язичків 19 і структури, , 5 77624 6 що стирається, 16 дозволяє сформувати перифевинаходу використовуваним газом-носієм є аргон, рійне ущільнення, що перешкоджає прямому проале процес алітування здійснюють під зниженим ходові газів згорання в простір між лопатками 10 і тиском, із тим, щоб також збільшити довжину вількільцем 12. Підвищена температура газів, що моного пробігу молекул газу-носія. же перевищувати 1000°С, викликає необхідність Таким чином, після завантаження сегментів кіформування захисту від окислювання при високій льця в порожнину 21 установки згідно з Фіг.3 і гертемпературі на відкритих поверхнях сегментів кіметичного закриття судини 24, внутрішню атмосльця, включаючи внутрішні стінки чарунок 17. феру судини 24 і камери 20 видаляють аргоном, Такий захист формують за допомогою способу який продувають. Після цього тиск знижують шлявідповідно до винаходу з використанням, наприхом відводу газу через трубопровід 36 таким чиклад, показаної на Фіг.3 установки для алітування ном, щоб привести тиск у судині 24 і в камері 20 до осадженням із газової фази. відносно низького розміру, наприклад, нижче 5кПа. Ця установка містить камеру 20, негерметично Потім здійснюють безупинну подачу аргону через закриту кришкою 22 і встановлену усередині судитрубопровід 30 із підтримкою в судині 24 і в камері ни 24. Ця судина герметично закрита кришкою 26 і 20 тиску нижче атмосферного. Розмір цього тиску розташована в печі 28. вибирають таким, що не перевищує 50кПа, переТрубопровід 30 подає газ-носій (газважно не перевищує 25кПа. При цьому відношенрозріджувач) в утворену камерою 20 порожнину ня LArred/LAratm між розмірами середньої довжини 21. Такий же газ вдувають в судину 24 зовні камевільного пробігу молекул аргону при зниженому ри 20 по трубопроводу 32. Цей продувний газ відтиску і при атмосферному тиску, щонайменше, водиться по трубопроводу 36, що проходить через дорівнює 2, переважно, щонайменше, дорівнює 4. кришку 26. Два сегменти кільця турбіни, подібні сегменУсередині камери 20 розташований донор 34 у там кільця згідно з Фіг.1 і 2, піддавали алітуванню вигляді, наприклад, гранул або порошку. У загальз використанням установки типу показаної на ному випадку донор утворений сплавом алюмінію Фіг.3. У якості донора використовували сплав з одним або декількома металами, що є компоненхром-алюмінію з вмістом алюмінію 30-35%, у якостами матеріалу деталей, які підлягають алітуванті активатора використовували AІF3. ню. Активатор, який дозволяє разом із донором Процес проводили при температурі в порожформувати галогенід, також вводиться в камеру у нині 21, приблизно рівною 1000°С, протягом прибвигляді порошку. Звичайно використовуються такі лизно 5 годин. активатори, як фторид амонію NH4F або фторид Були проведені три контрольних досліди А, В, алюмінію AІF3. С, відповідно, з аргоном при атмосферному тиску Після кріплення паюванням щільникових стру(відомий спосіб рівня техніки, - алітування осактур 16 на сегментах 14 ободу, сегменти 13 кільця, дженням із газової фази), із гелієм і з аргоном під які підлягають алітуванню, поміщають у порожнину зниженим тиском розміром приблизно 13кПа. 21 з опорою або підвіскою за допомогою відповідДля кожного контрольного досліду використоних засобів технологічної оснастки (не показані). вували щільникові структури з різноманітними роДодаткові блоки донора можуть бути поміщені змірами висоти (глибини) Η чарунок, -і відповідно, навпроти або на відстані від отворів чарунок. 9, 11 і 15мм. Заміряли товщину прошарку осаТемпературу печі регулюють таким чином, дження при алітуванні на внутрішніх стінках чарущоб усередині печі підтримувалася температура нок у безпосередній близькості до їхніх входів від 950 до 1200°С, при якій у результаті реакції між (зверху), у основи поперечних стінок чарунок (знидонором і активатором утвориться газоподібний зу) і на їх дні (дно). галогенід. Алітування здійснюється шляхом осаУ наведеній нижче таблиці подані обмірювані дження за допомогою розкладання галогеніду при розміри товщини покриття в мкм. контакті з поверхнями чарунок щільникових структур. Газ-носій служить для полегшення переносу Таблиця молекул галогеніду. Відповідно до першого прикладу здійснення Н=9мм Η=11мм Η=15мм винаходу використовуваним газом-носієм с гелій. Зверху 46 45 32 У порівнянні з аргоном, що використовується А Знизу 0 0 0 звичайно, молекули гелію мають значно більшу Дно 0 0 0 середню довжину вільного пробігу при рівних знаЗверху 41 35 34 ченнях тиску. Звичайно середню довжину L вільВ Знизу 31 38 23 ного пробігу визначають як розмір, пропорційний Дно 40 38 19 1/Р D2, де Ρ - тиск і D-молекулярний діаметр. ВідЗверху 41 29 32 ношення LНe/LAr між розмірами середньої довжини С Знизу 53 34 31 вільного пробігу молекул гелію й аргону при атмоДно 32 26 26 сферному тиску приблизно дорівнює 3. Збільшення середньої довжини вільного пробіТаким чином, якщо покриття у верхній частині гу молекул газу-носія сприяє більш легкій дифузії чарунок було отримано в усіх випадках, тільки вагалогеніду усередину чарунок 17 сегментів 13 кіріанти способу по винаході дозволили забезпечильця, так що здійснюється алітування не тільки ти суцільне покриття внутрішніх стінок чарунок від зовнішніх поверхонь сегментів кільця, але також і верху до низу і на дні. усіх внутрішніх поверхонь чарунок. Варто зауважити, що в контрольному досліді С Відповідно до другого прикладу здійснення 7 77624 8 (Аr при зниженому тиску) відношення LArred/LAratm може також здійснюватися при зниженому тиску дорівнювало приблизно 7,8, у той час як у досліді для одержання співвідношення LArred/LAratm вище B (Не при атмосферному тиску) відношення 3 і подальшої інтенсифікації проникнення молекул LHe/LAratm дорівнювало приблизно 3. прекурсору до дна чарунок. Процес алітування з гелієм у якості газу-носія Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601