Состав для химической обработки никелевых сплавов

 

Использование: для разрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов. Сущность изобретения состав содержит, мас.%: азотная кислота 25-40, фтористоводородная кислота 0,5-4, порошок железа ПЖ4МЗ 0,2-1, вода остальное . 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s С 23 F 1/28, 1/44

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4867238/26 (22) 15.06.90 (46) 30.12.92. Бюл. hb 48 (72) P.Н. Шарыпов, Н.В. Абраимов, А.В. Егоров и А.fl. Марченкова (56) Патент США М 3622391, кл. С 23 Е 1/00, 1971, Патент США ЬЬ4353780, кл. С 23 F 1/00, 1982.

Изобретение относится к химической обработке металлов, а именно сплавов на основе никеля, и может быть использовано для восстановления защитных жаростойких никелевых покрытий на деталях машин из никелевых сплавов.

В современном машиностроении для защиты деталей от высокотемпературного окисления применяются вакуумно-плазменные и диффузионные жаростойкие покрытия на основе никеля. Основным легирующим элементом этих покрытий является алюминий, который при взаимодействии с кислородом образует на поверхности детали оксид алюминия (А!20з), обладающего высокими защитными свойствами.

В процессе эксплуатации покрытия исчерпывают свои защитные свойства из-за снижения содержания алюминия (no механизмам диффузии Al из покрытия в жаропрочный сплав и скола оксидной пленки), уменьшения толщины, появления дефектов в виде сколов, язв и т.д. что приводит к интенсивному окислению материала и снижению прочностных свойств самой детали.

Поэтому покрытия целесообразно восста. Ж 1784661 А1 (54) СОСТАВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ (57) Использование: для разрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов. Сущность изобретения; состав содержит, мас. : азотная кислота

25-40, фтористоводородная кислота 0,5-4, порошок железа ПЖ4МЗ 0,2-1, вода остальное. 2 ил„1 табл. навливать путем удаления старого (отработанного) и нанесения нового покрытия. Лучшие результаты при удалении старых покрытий достигаются при использовании химико-механического способа, который включает подготовку деталей к химическому разрыхлению, химическое разрыхление и механическое удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия (шлама).

Для химического разрыхления применяют различные растворы на основе кислотных растворов. Одним из аналогов заявляемого раствора является состав содержащий, мас. О : 0,5-5 фтористоводородной кислоты; 3 — 20 азотной кислоты; остальное вода.

Недостатком данного раствора является его йизкая активность. Это не позволяет удалять покрытия, содержащие менее 30 мас.og Al и имеющие в своем составе хром.

С целью интенсификации процесса растворения покрытий раствор подогревается до

76 — 93 С, что также ограничивает его применение (при температурах более 60 С раствор интенсивно испаряется, что создает значительные технологические трудности).

1784661

Кроме этого, при разрыхлении в этом растворе покрытий на жаропрочных сплавах с содержанием хрома менее 18 мас. наблюдается межкристаллитная коррозия (см, табл. 1).

Прототипом заявляемого раствора является раствор, содержащий, об. /: НИОз

40 — 60; HF 0,3 — 0,8; HzO 30 — 70; моль/л

CuSO4; 0,0016-0,025 моль/n FeCla.

Основным недостатком данного раствора является его повышенная активность к материалам, из"которых изготовлены сами лопатки турбин, что приводит к их растравливанию в процессе удаления покрытий и невозможности дальнейшего их применения, Повышенная активность обусловлена наличием в растворе ионов СГ, которые усиливают коррозионные процессы, и за счет разнотолщинности покрытия по периметру лопаток турбин, обусловленный как природой их нанесения, так и условиями эксплуатации, приводят к растравливанию жаропрочных сплавов в тех местах, где покрытие удаляется в первую очередь (места с меньшими толщинами покрытий).

Цель изобретения — снижение его активности по отношению к материалу деталей — жаропрочным никелевым сплавам.

Поставленная цель достигается тем, что состав раствора для химического разрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов, содержащего азотную кислоту и фтористоводородную кислоту, введено в качестве активизирующего вещества большее количество азотной кислоты, а в качестве пассивирующего вещества ионы железа в виде порошка железа

ПЖ4М3 (ГОСТ 4111 — 74) при следующем со3 о отношении компонентов, мас., Азотная кислота 25 — 40

Фтористо водо родная кислота 0,5 — 4

Порошок ПЖ4МЗ 0,2 — 1

Вода, Остальное, температура химического разрыхления 30—

50 С.

Сопоставительный анализ- с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав раствора отличается от известного введением нового компонента, а именно, порошка ПЖ4МЗ, имеющего следующий состав, мас, :

Углерод Не более 0,12

Кремний Не более 0,25

Марганец Не более 0,5

Сера Не более 0,03

Фосфор Не более 0,03

Кислород Около 1,0

Железо Не менее 98

55 и применением, т.к. прототип применяется для химического фрезирования жаропрочных сплавов с высоким содержанием W (>6).

В этом случае его повышенная активность положительна, что позволяет травить сам металл с повышенной скоростью. Для удаления же никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов он не применяется, так как из-за повышенной активности этот раствор жаропрочный сплав растравливает, особенно в местах где покрытие, имеющее меньшую толщину, удаляется в первую очередь.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных составов растворов, используемых для удаления никелевых покрытий с никелевых сплавов, показал, что введенные в заявляемое решение вещества известны. Однако, их применение в этих растворах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает растворам такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно снижение активности раствора по отношению материала основы — никелевого покрытия, содержащего хром и алюминий (<30 мас. ) с никелевого сплава, содержащего менее 18 мас, хрома. В растворах для удаления алюминидных покрытий с никелевых жаропрочных сплавов непосредственное растворение порошков железа ранее не применялось. Таким образом, данный состав компонентов придает раствору новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию

"существенные отличия".

Примеры конкретного выполнения, Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены различные растворы (аналог, прототип, заявляемый в различных соотношениях компонентов), в которых проводилось химическое разрыхление диффузионного и вакуумно-плазменного покрытий (конденсационное) (фиг, 1 и 2), Приготовление растворов производилось методом перемешивания компонентов, входящих в их составы.

Химическое разрыхление никелевых жаростойких покрытий (диффузионного, с наработкой более 700 часов на изделии, и вакуумно-плазменного, с наработкой на изделии 240 часов) проводилось с рабочих лопаток турбины авиационного газотурбинного двигателя, изготовленных из сплавов ВЖЛ12У (Ni-основа; 0,17 С; 9,2

Cr; 4,5 Tl; 0,75 Nb; 3,0 Мо; 1,3 W; 5,3 А1; 13,5

Со; 0,75 I/; 0,015 В; 0,003 Zr; 0,16 Y) и ЖС6У (Nl-основа; 0,17 С; 9,0 Cr; 2,5 Ti; 1,0 Nb; 1,8

1784661

Мо; 10,5 W; 5,6AI; 9,5 Со; <0,03Zr; 0,015 В), по следующей технологической схеме:

1. Удаление нагара и оксидов гидроабразивной обработкой (ГАО) или обдувкой сухим электроко рундам, 2, Изоляция поверхностей лопаток, не подлежащих травлению.

3. Химическое разрыхление покрытий.

4. Удаление изоляции.

5. Удаление продуктов взаимодействия компонентов растворов с компонентами покрытий ГАО или обдувкой сухим злектрокорундом.

6. Контроль качества удаления.

Удаление нагара и оксидов гидроабразивной обработкой проводилось на установках ЭЗ вЂ” 86 или ЭЗ-106М при давлении воды 0,2...0,4 МПа. При обдувке сухим злектрокорундом с зерном 24А М 20...25, давление воздуха 0,2...0,3 МПа, Время обдувки выбиралось из условия полной очистки поверхности лопаток — до металлического цвета. Изоляция поверхностей лопаток, не подлежащих травлению, осуществлялась лаком ХВ5179.

Затем лопатки погружались в растворы для химического разрыхления покрытий.

Температура растворов составляла

25...55 С.

После проведения химического разрыхления покрытий лопатки промывались в воде, выборочно визуально контролировались на полно .г.у удаления покрытия, нейтрализовывались в щелочном растворе, промывались в горячей воде и сушились. Затем проводилось выжигание лаковой изоляции при температуре 450...500 С в течение

30„,60 минут, Далее разрыхленный слой покрытия удалялся с помощью ГАО.

Контроль качества удаления покрытий производился визуально и металлографически на поперечных шлифах. Контроль состояния поверхности никелевого сплава основы после удаления покрытий производился металлографически и методом люминесцентной дефектоскопии. С помощью люминесцентной дефектоскопии наглядно определялось состояние поверхности жаропрочного сплава. При наличии значительного свечения делался- вывод о возникновении растрава поверхности сплава, а, следовательно, и о недопустимости его последующего использования.

С помощью металлографического анализа определялась толщина (д, ) неразрыхленного слоя после химического разрыхления. При наличии оставшегося покрытия делается вывод о недостаточной активности раствора к обрабатываемому

10

20

Заниженное содержание порошка

ПЖ4МЗ не обеспечивает надежную пассивацию поверхности жаропрочйых сплавов.

3. Занижение в заявляемом растворе

25 концентрации кислот (НМОз<25 мас,% и

55 жаростойкому покрытию, а, следовательно, и о непригодности раствора к использованию для целей восстановления деталей с жаростойкими покрытиями.

Примеры конкретного выполнения и их результаты представлены в таблице.

Анализ таблицы показывает.

1. Растворы аналога и прототипа не обеспечивают качественного удаления жаростойких никелевых покрытий с низким содержанием алюминия и высоким содержанием хрома без растравливания жаропрочных сплавов.

2, Завышение в заявляемом растворе концентрации кислот (НМОз>40 мас,% и

HF>4 мас. ) и занижение в нем содержания порошка ПЖ4МЗ ниже 0,2 мас.% приводит к значительному повышению активности раствора, что проявляется в растравливании жаропрочных сплавов.

HF<0.5 мас, ) и завышение в нем содержания порошка ПЖ4МЗ более 1 мас.% приводит к значительному снижению активности раствора по отношению к покрытиям, что не позволяет использовать такие растворы для разрыхления покрытий.

Завышенное содержание порошка

ПЖ4МЗ оказывает сильное пассивирующее воздействие на поверхность самих покрытий, 4. При температуре заявляемого раствора ниже 30 С процесс разрыхления покрытий резко замедляется, причем, вакуумно-плазменное (конденсационное) покрытие практически не разрыхляется.

При температуре заявляемого"раствора выше 50 С резко повышается его активность, что может приводить"К" йт эвливанию поверхности жаропрочных сплавов.

Использование изобретения позволит обеспечить качественное разрыхление жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов с повышенной активностью к покрытиям и пониженной возможностью к растравливэнию жаропрочных сплавов.

Формула изобретения

Состав для химической обработки никелевых сплавов, преимущественно для рэзрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов, содержащий азотную и фтористоводородную кислоты, железосодержащий материал и воду, отличающийся тем, что, с целью снижения растравливания основы

1784661

0,5 — 4

0,2-1

Остальное

25-40 †- ---4

ТемпеПримечание

Результаты леминисцентной дефектоскопии

Результаты металлографического анализа (о,мкм) Время раэрыхления, мин

Состав раствора, мас,2

Пример ратура, оС

Оакуумно-плаэОакуумноплазменное покрытие

Диффузионное покрытие

Диффуз покрытия

Оакуумноплазмен-. ное покрытие

Диффуз ионное покрытие менное покрытие ч 2

1ЕО контроль не производил ся, т.к. данное покрытие в этом составе компонентов аналога полностью не удаляется

)INO> — 20; ии 5:

Нзо - ост. (аналог)

Патент CLIA

1г 3622391

90 35 имеется области межкристаллитной коррозии удалено пол- не удаленостье но при разрыхлении диф-ro покрытия растравливается сплав самой детали, a np» раэрыхленяя вакуумно-плазменного покрытия полно" стью раврыхляется (6 ь 0) (62:es) 60

180 практичес- контроль не ки не уда- производилляется ся полностью не удалено контроль не производился раствор, содержащий нижние концентрации компонентов, рассматриваемые помри» тия не раэрыхляет (6>э l S) (а а 80) 80

25 покрытие покрытие удалено пол- удалено ностьа полностью питтинговое свечение (рас" трав поверхности жаропрочного сплава) питтингОЭОе свечение (растрав поверхности жаропрочного плаза) при раэрыхленни покрытий раствор раст. разливает основной материал детали (6 =0) (6» О) гэо

30 покрытие покрытие удалено удалено полностью полностью питтинго» вое свечение (растрав) питтинговое свечение (растрав) даже при минимальных концентрациях компонентов и наименьаей температу" ре обработки наблюдается растравливание жаропрочных сплавов (6- o) (6- 0) раз1ж>клемме покрытий не лриводит к растраву поверхностных слоев жвропрочных сплавов

55

125 свечений нет покрытие удалено полностьЮ покрытие удалено полностью имеется допустимые светящиеся точки (6- o) (6- о) 10

50 покрытие свечений удалено практичесполностью ки нет покрытие удалено полностью (6-о) (6- a) О- О

40 ииол — 32;

llF - 2 5;

ПЙ4И3 - 0,6

H O - ост.

2 (промежуточный заявляемый соста в) Е5

20 свечений нет

6 - о

40 ииОВ - 39;

llF - 0,9;

ПЯ4П3 0,3

Н20 - ост. (оптимальный заявляемый состав) 15

75 свечений свечений нет раствор, разрыхляя покрытия, не растравлнвает жаропрочные сплавы нет он в качестве железосодержащего материала содержит порошок железа ПЖ4МЗ при следующем соотношении компонентов, иас.%:

Азотная кислота

3;

ИГ-05;

Н20 - ост ° (аналог)

Патент С41Д

N 3622391 ииоз - 60>

ИР— О 8, СиВО - 0,01 ноль/л>

ГеС11 — 0>025 моль/л:

И20

Патент CL1A

h" 4353780 (прототип) иио, - 40;

ИГ - 0,31

СиВОЛ - O,OO8 моль/гн

FeC1 - 0,0016 моль/л(.

Н20 OCT

Патент CLIA и 4353780 (прототип) 1БОэ - 25;

ИР - 0 5;.

П>И4113 " 0,2

li О - ост.

2 (заявляемый раствор с наименьаей концентрацией компонентов)

Ииоз - 40;

IIF — 4;

ПРИЗ - 1;

Нзо - ост. (заявляемый раствор, с наибольаей концентрацией компонентов) Фтористоводородная кислота

Порошок железа

ПЖЧМЗ

5 Вода имеется от- раствор, разрыхляя дельные допус- покрытия> не расттимые светя» разливает жаропрочщиеся точки ные сплавы свечении прах- раствор, разрыхляя тически нет покрытия, не растравлиеает жаропрочные сплавы

Продолжение таблицы

8 1

180 контроль не произВОДИЛСЯ покрытие практически не разрыхляется покрытие разрыхляется медленно (8жго) (6я70) I Оп =ЮНКМ г

1 J

BNO --41;

НГ -4,1;

Па4И3 - 0,1

НО -ост.

t, (завышенные концентрации кислот и заниженное содержание порошка ПМ4И3)

BNo> - 24;

BF - 0,4;

П?4И3 - 1,1

Hi0 Ост (заниженные концентрации, кислот и завышена концентрация порошка Пв4И3) 25 80

1784661

30, h 0 предельный уровень допустиногб свечения свечения по границаи зерен (растра в) контроль не производился незначительное завышение концентрации кислот и температуры и занижение концентрации порошка ПФ4И3 может приводить к растраву жарспрочных сплавов занижение концент рации кислот и температуры и завышение содержания порошка Пж4И3 резко снижает активность раствора

1784661

Составитель P. Шарыпов

Техред М.Моргентал Корректор И. Шула

Редактор

Заказ 4349 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101