Патент на изобретение №2349681

(54) СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей из сталей, никелевых и титановых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа. Состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или из жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, содержит следующее соотношение ингредиентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее – 30-35, вода – 12-18, хромовый ангидрид – 2-3, дисилицид молибдена – остальное. Порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм. В частных случаях выполнения изобретения состав может дополнительно содержать 0,3-0,5 мас.% поверхностно-активного вещества, например Синтанола, ОП-7, ОС-20, АФ-10. Состав используется для получения покрытия, устойчивого к солевой и фреттинг-коррозии, а также к контактному износу, на деталях машин с рабочей температурой до 600°С. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей из конструкционных сталей, а также титановых и никелевых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа.

Известны способ и состав для получения коррозионностойкого покрытия, состоящего из первого слоя конденсированного покрытия из сплава на основе никеля, содержащего хром, кобальт, алюминий, иттрий, и второго слоя из сплава на основе алюминия (патент РФ №2165475).

Известный состав позволяет получать на лопатках компрессора и других деталях машин покрытие, стойкое к солевой коррозии при температурах до 700°С, не снижающее прочностные характеристики этих деталей.

Недостатком известного состава является низкая стойкость покрытия к контактному износу.

Известен состав для получения противопригарного покрытия, включающий ингредиенты при следующем их соотношении, мас.%:

(Авторское свидетельство СССР №1212686)

Состав позволяет получать на литейных формах и стержнях противопригарное покрытие, повысить качество отливок и исключить брак по пригарам и газовым раковинам.

Недостатком известного состава является низкая стойкость получаемого покрытия к контактному износу.

Известен также состав для получения покрытия литейных форм и стержней, включающий ингредиенты при следующем их соотношении, мас.%:

(авторское свидетельство СССР №1507507)

Состав обладает высокими технологическими свойствами – легкостью нанесения, хорошей впитываемостью в поверхность и повышенной трещиноустойчивостью.

Недостатком известного состава является неудовлетворительная и низкая стойкость покрытия к контактному износу и фреттинг-коррозии.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях, включающий огнеупорный наполнитель в виде дистенсиллиманитовой пасты, алюмохромофосфатное связующее, воду и гидрат окиси кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

(Авторское свидетельство СССР №1207619)

Состав позволяет получать на литейных формах и стержнях протавопригарное покрытие, повысить качество отливок и снизить трудоемкость, как при покрытии форм, так и при очистных и обрубных операциях.

Недостатком известного состава также является низкая стойкость получаемого противопригарного покрытия к солевой коррозии, фреттинг-коррозии и контактному износу.

Технической задачей настоящего изобретения является создание состава для получения покрытия на деталях машин с рабочей температурой до 600°С, изготовленных из конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на основе никеля и титана и работающих в условиях сухого трения при контактном износе и фреттинг-коррозии и солевой коррозии.

Это достигается тем, что состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, включающий алюмохромфосфатное связующее, наполнитель и воду, дополнительно содержит хромовый ангидрид, а в качестве наполнителя – порошок дисилицида молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм.

Состав дополнительно может содержать поверхностно-активное вещество (ПАВ) «Синтанол», ОП-7, ОС-20, АФ-10 в количестве 0,3-0,5 мас.%.

Авторами установлено, что использование в составе на основе алюмохромфосфатного связующего, воды, хромового ангидрида и наполнителя – порошка дисилицида молибдена в предлагаемом количественном соотношении, обеспечивает высокую стойкость покрытия на деталях из сталей и жаропрочных сплавов к солевой коррозии и одновременно к контактному износу и фретинг-коррозии. Причем стойкость к солевой коррозии практически не уступает стойкости всех известных покрытий, а стойкость к контактному износу, фреттинг-коррозии во много раз превышает стойкость известных покрытий.

Наличие в составе для получения покрытия хромового ангидрида в количестве 2-3% позволяет повысить стойкость покрытия на основе состава к солевой коррозии, а также позволяет увеличить в 2-3 раза срок хранения состава. Содержание хромового ангидрида ограничивается 3 мас.% ввиду недопустимости большого содержания в составе шестивалентного хрома. При этом содержание хромового ангидрида более 3% не дает прибавки по защитным свойствам покрытия.

Стойкость покрытия на основе предлагаемого состава к контактному износу связана с содержанием в составе дисилицида молибдена (MoSi₂), имеющего относительно высокую микротвердость, достигающую значений 1200 кг/мм², и крепкой связью порошка MoSi₂ со связующим на основе АХФС.

Высокая стойкость покрытия на основе предлагаемого состава к солевой коррозии свойственна покрытиям, содержащим АХФС, и эта стойкость повышается при наличии в составе хромового ангидрида.

Рекомендуемая толщина покрытия до 20 мкм. Этим определяется и фракция порошка MoSi₂ до 10 мкм. Наибольшее применение могут найти покрытия толщиной до 10 мкм и с фракцией порошка до 5 мкм.

Использование в составе поверхностно-активного вещества в количестве 0,3-0,5 мас.% способствует повышению технологических свойств состава при получении покрытий методом окунания.

Пример осуществления. Для приготовления состава использовали следующие ингредиенты:

Алюмохромфосфатное связующее (АХФС), ТУ 6-18-166-83;

Дистиллированная вода, ГОСТ 6709;

Хромовый ангидрид CrO₃, ЧДА, ГОСТ 3776-78;

Дисилицид молибдена, ТУ 6-09-03-395-74;

Поверхностно-активное вещество – «Синтанол» ДС-10, ОП-7, ТУ 6-14-577-70.

Порядок приготовления состава следующий: навеску алюмохромфосфатного связующего разбавляли водой, затем вводили хромовый ангидрид и тщательно перемешивали водный раствор АХФС до полного его растворения. Затем в полученный водный раствор добавляли дисилицид молибдена, предварительно размолотый до 5 мкм, и тщательно перемешивали. В таком виде состав готов для нанесения покрытия на детали машин. Составы приготовленных покрытий приведены в таблице 1. Отметим, что составы №№2, 3 содержат поверхностно-активное вещество – ОП-7 в количестве 0,3 мас.% и «Синтанол» ДС-10 в количестве 0,5 мас.%.

Детали компрессора ГТД и образцы из жаропрочной мартенситной стали ЭП866, жаропрочного железохромоникелевого сплава ЭП718 и титанового сплава ВТ8 подготавливали к нанесению покрытия. В качестве деталей из жаропрочной мартенситной стали ЭП866, сплава ЭП718 и сплава ВТ8 использовали лопатки компрессора газотурбинного двигателя морской авиации. Покрытие толщиной 8-10 мкм наносили на замковую часть лопаток, которая в процессе работы испытывает контактные нагрузки и подвержена солевой и фреттинг-коррозии и контактному износу. Замки лопаток и образцы подвергали пескоструйной обработке и последующей обдувке сжатым воздухом, очищенным от влаги и масла. Затем состав наносили кистью на замки лопаток, а на образцы – путем их окунания в состав. Затем проводили сушку покрытия на воздухе. После чего проводили ступенчатую термообработку лопаток и образцов с покрытием с нагревом от комнатной температуры до 150°С с выдержкой при этой температуре 30 минут, затем нагревали до 500°С (500°С – максимальная рабочая температура лопаток компрессора из титанового сплава ВТ8) и делали выдержку при этой температуре в течение 30 минут, затем охлаждали детали и образцы вместе с печью до 100°С, затем на воздухе.

На образцах и замках лопаток токовихревым способом определяли толщину покрытия. Толщина изменялась в пределах 8,5-10 мкм при допустимой толщине 12 мкм. Коррозионную стойкость деталей и образцов с покрытием исследовали по методике ускоренных циклических испытаний на плоских образцах 20×30×1,5 мм по режиму: нагрев до температуры 600°С и выдержка 1 ч, подстуживание на воздухе 2 минуты, охлаждение в 3% растворе NaCl, выдержка в течение 22-24 часов во влажной камере. Отметим, что удовлетворительной коррозионной стойкостью считается 10 циклов испытаний без коррозионного повреждения. Стойкость к контактному износу в условиях фреттинг-коррозии проверяли на специальном стенде, позволяющем нагружать контактирующую пару и задавать перемещение с малой амплитудой и с определенной частотой. Условия испытаний для всех образцов были одинаковыми, полученные результаты сведены в таблицу 2.

Из приведенных в таблице результатов видно, что предлагаемый состав позволяет получать покрытия с высокой коррозионной стойкостью. Покрытие по способу прототипа на основе водного раствора АХФС с дистен-силлиманитовой пастой, гидратом окиси кальция незначительно повышает коррозионную стойкость сплава ЭП718. Минимальную стойкость к солевой коррозии при максимальной температуре испытаний 600°С имеет основа (сплав ЭП718) без покрытия. Что касается контактного износа в условиях фреттинг-коррозии (фреттинг – износ), то предлагаемое покрытие имеет на один – два порядка меньший износ, чем покрытие по способу прототипа и материал без покрытия.

Замки лопаток компрессора из стали ЭП866 и сплава ЭП718 с покрытием из предлагаемого состава прошли успешно испытания в составе газотурбинного двигателя. Испытания показали, что покрытие из прелагаемого состава позволит увеличить ресурс деталей более чем в два раза по сравнению с лопатками компрессора, имеющими серийное покрытие.

Формула изобретения

1. Состав для получения покрытия на деталях, изготовленных из конструкционных сталей или из жаропрочных сплавов на основе никеля или титана, содержащий алюмохромфосфатное связующее, наполнитель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хромовый ангидрид, а в качестве наполнителя – порошок дисилицида молибдена при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что порошок дисилицида молибдена имеет фракцию до 10 мкм.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активное вещество Синтанол, ОП-7, ОС-20, АФ-10 в количестве 0,3-0,5 мас.%.