RU2365466C1 - Method for protection of blade surface - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes, metal working.

SUBSTANCE: invention is related to machine building, in particular, to surface protection in repair of cooled and non-cooled blades of stationary power sets of aviation gas-turbine engines by method of hot isostatic pressing. Prior to performance of hot isostatic pressing, suspension is applied onto blade surface based on microslice powders from fused corundum with different granularity and organosilicon binder. Drying is carried out with further annealing, and protective ceramic shell is obtained.

EFFECT: improved quality of blades repair due to provision of blade contact surfaces protection against oxidation at operation of hot isostatic pressing.

5 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области ремонта, в частности к ремонту охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток стационарных энергетических установок авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) методом горячего изостатического прессования (ГИП).The invention relates to the field of repair, in particular to the repair of cooled and uncooled blades of stationary power plants of aircraft gas turbine engines (GTE) by hot isostatic pressing (GUI).

Известен способ защиты поверхности лопаток турбины газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов при ГИП (RU №2184178, C23F 17/00, опубл. 27.06.2002 г.). Согласно указанному способу для защиты поверхности лопаток на их наружную и внутреннюю поверхность наносят диффузионное защитное покрытие определенной толщины. Однако нанесение такого покрытия на лопатку приводит к изменению геометрических размеров и соответственно механических свойств поверхностного слоя, что требует последующей механической обработки, что ведет к повышению трудоемкости и стоимости ремонта.A known method of protecting the surface of the turbine blades of gas turbine engines made of heat-resistant nickel alloys during ISU (RU No. 2184178, C23F 17/00, publ. June 27, 2002). According to the specified method, to diffuse the surface of the blades, a diffusion protective coating of a certain thickness is applied to their outer and inner surfaces. However, the application of such a coating on the blade leads to a change in the geometric dimensions and, accordingly, the mechanical properties of the surface layer, which requires subsequent machining, which leads to an increase in the complexity and cost of repairs.

Известен способ защиты поверхности лопаток в процессе ГИП, выбранный в качестве наиболее близкого аналога, включающий применение засыпки из порошка огнеупорных окислов с металлическим наполнителем из металлов, вступающих в реакцию с кислородом, содержащимся в атмосфере газостата (RU №2252110, B22F 3/15, опубл. 20.05.2005 г.). Недостатком известного способа является высокая газопроницаемость порошковой засыпки, не обеспечивающая защиту контактных поверхностей лопаток в процессе ГИП.A known method of protecting the surface of the blades during the GUI, selected as the closest analogue, including the use of a powder of refractory oxide powders with a metal filler of metals that react with oxygen contained in the atmosphere of the gas bath (RU No. 2252110, B22F 3/15, publ. May 20, 2005). The disadvantage of this method is the high gas permeability of the powder filling, which does not protect the contact surfaces of the blades during the GUI.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение качества ремонта лопаток за счет обеспечения защиты контактных поверхностей лопатки от окисления на операции ГИП.The technical result to which the invention is directed is to improve the quality of repair of the blades by protecting the contact surfaces of the blades from oxidation during GUI operations.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе защиты поверхности лопатки перед проведением ГИП на поверхность лопатки наносят суспензию на основе микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью и кремнеорганического связующего, затем производят сушку с последующим обжигом, получая защитную керамическую оболочку.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method of protecting the surface of the scapula, before suspension is applied, a suspension is applied to the surface of the scapula based on microsilica powders from electrocorundum with different grain sizes and organosilicon binder, then drying is carried out, followed by firing, to obtain a protective ceramic shell.

В качестве кремнеорганического связующего можно использовать LUDOX-SK. Использование данного связующего позволяет обеспечить более прочную защитную керамическую оболочку.As an organosilicon binder, LUDOX-SK can be used. The use of this binder allows you to provide a more durable protective ceramic shell.

При этом суспензию можно нанести послойно, выполняя между операциями нанесения слоев сушку при температуре до 100°С. Производить сушку при более высоких температурах нецелесообразно, поскольку произойдет вскипание воды, что может привести к образованию пористости защитной керамической оболочки.In this case, the suspension can be applied layer by layer, performing drying between the operations of applying the layers at a temperature of up to 100 ° C. Drying at higher temperatures is impractical, since water will boil, which can lead to the formation of porosity of the protective ceramic shell.

Обжиг можно произвести при температуре до 1000°С. Проведение обжига при более высоких температурах может привести к окислению поверхностного слоя лопатки.Firing can be done at temperatures up to 1000 ° C. Firing at higher temperatures can lead to oxidation of the surface layer of the blade.

После выполнения операции ГИП защитную керамическую оболочку можно удалить в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей.After performing the ISU operation, the protective ceramic shell can be removed in the molten potassium bifluoride and / or aqueous alkali solution.

Удаление защитной керамической оболочки в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей позволит более качественно очистить поверхность лопатки.Removing the protective ceramic shell in the molten potassium bifluoride and / or aqueous alkali solution will allow a better cleaning of the surface of the scapula.

Такое техническое решение позволяет повысить качество ремонта лопаток за счет обеспечения защиты контактных поверхностей лопатки от окисления на операции ГИП.This technical solution allows to improve the quality of repair of the blades by ensuring the protection of the contact surfaces of the blades from oxidation during GUI operations.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана структура поверхностного слоя елочного элемента хвостовика лопатки ТВД после отработки ресурса на двигателе.Figure 1 shows the structure of the surface layer of the Christmas tree element of the shank of the blade of the theater of operations after working out the resource on the engine.

На фиг.2 показана структура поверхностного слоя елочного элемента хвостовика лопатки ТВД из сплава ЖС6У-ВИ после ремонта в соответствии с заявленным способом.Figure 2 shows the structure of the surface layer of the Christmas tree element of the shank of the blade of the fuel assembly from the alloy ZhS6U-VI after repair in accordance with the claimed method.

Пример реализации заявленного изобретения.An example implementation of the claimed invention.

Ремонт комплекта рабочих лопаток турбины высокого давления (ТВД) из сплава ЖС6У-ВИ после отработки ресурса на двигателе выполнили с защитой контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки по заявляемому способу.Repair of a set of working blades of a high-pressure turbine (TVD) from the ZhS6U-VI alloy after working out the resource on the engine was performed with the protection of the contact surfaces of the Christmas tree element of the shank of the blade according to the claimed method.

Перед выполнением ремонта был проведен анализ состояния контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки. В результате выполненных исследований установлено, что на контактных поверхностях елочного элемента хвостовика лопатки отмечается обеднение сплава в результате длительной эксплуатации лопаток в условиях воздействия высоких температур и наклеп слоя металла толщиной до 5 мкм в результате фреттинга.Before performing the repair, an analysis was made of the state of the contact surfaces of the Christmas tree element of the shank of the blade. As a result of the studies, it was found that on the contact surfaces of the Christmas tree element of the shank of the blade, the alloy is depleted as a result of long-term operation of the blades under high temperatures and the metal layer is hardened up to 5 μm thick as a result of fretting.

Для защиты контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопатки изготовили суспензию.To protect the contact surfaces of the Christmas tree element of the shank of the blade, a suspension was made.

Например, на основе 3-х микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью при следующем соотношении (мас.%):For example, based on 3 micro-grinding powders made of electrocorundum with different grain sizes in the following ratio (wt.%):

электрокорунд F36electrocorundum F36 3535 электрокорунд F60electrocorundum F60 4040 электрокорунд F220electrocorundum F220 2525

и кремнеорганического связующего LUDOX-SK в пропорции к массе смеси порошков электрокорунда 1:3,5. Состав перемешивали до получения однородной суспензии.and organosilicon binder LUDOX-SK in proportion to the weight of the mixture of electrocorundum powders 1: 3,5. The composition was mixed until a homogeneous suspension.

Данную суспензию нанесли на поверхность елочного элемента хвостовика лопатки и после сушки лопаток при температуре 25°С в течение 8 часов при относительной влажности воздуха 40% провели обжиг защитной керамической оболочки по режиму 1000°С, 8 часов.This suspension was applied to the surface of the Christmas tree element of the shank of the blade and after drying the blades at a temperature of 25 ° C for 8 hours at a relative humidity of 40%, the protective ceramic shell was fired according to the regime of 1000 ° C for 8 hours.

Лопатки, защищенные вышеуказанным способом, прошлиThe blades protected by the above method have passed

- операцию ГИП по режиму - температура 1210°С, давление 160 МПа, время выдержки 2,5 часа;- GUI operation according to the mode - temperature 1210 ° С, pressure 160 MPa, holding time 2.5 hours;

- удаление защитной керамической оболочки методом обработки в расплаве бифторида калия;- removal of the protective ceramic shell by processing in a melt potassium bifluoride;

- подготовку поверхности лопаток под нанесение защитного жаростойкого покрытия;- preparation of the surface of the blades for applying a protective heat-resistant coating;

- нанесение жаростойкого защитного покрытия на наружную поверхность пера и внутреннюю поверхность охлаждаемых каналов методом двухстадийного порошкового хромоалитирования с защитой елочного элемента хвостовиков лопаток металлическими колпачками.- applying a heat-resistant protective coating on the outer surface of the pen and the inner surface of the cooled channels by the method of two-stage powder chromoalitization with the protection of the Christmas tree element of the shank of the blades with metal caps.

Применение заявленного способа позволило повысить работоспособность и надежность лопаток ГТД, а также снизить затраты на проведение ремонта за счет обеспечения защиты контактных поверхностей елочного элемента хвостовика лопаток с использованием защитной керамической оболочки на основе электрокорунда, позволившей предотвратить окисление контактных поверхностей на операции ГИП (фиг.2).The application of the claimed method allowed to increase the efficiency and reliability of the GTE blades, as well as reduce the cost of repairs by protecting the contact surfaces of the Christmas tree element of the shank of the blades using a protective ceramic shell based on electrocorundum, which prevented the oxidation of contact surfaces during the GUI operation (Fig. 2) .

Claims (5)

1. Способ защиты поверхности лопатки турбины при горячем изостатическом прессовании (ГИП), отличающийся тем, что перед проведением горячего изостатического прессования на поверхность лопатки наносят суспензию на основе микрошлифпорошков из электрокорунда с различной зернистостью и кремнеорганического связующего, а затем производят сушку с последующим обжигом для получения защитной керамической оболочки.1. A method of protecting the surface of a turbine blade during hot isostatic pressing (GUI), characterized in that before carrying out hot isostatic pressing, a suspension is applied to the surface of the blade using microsilica powders from electrocorundum with different grain sizes and organosilicon binder, and then drying is carried out followed by firing to obtain protective ceramic shell. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеорганического связующего используют LUDOX-SK.2. The method according to claim 1, characterized in that LUDOX-SK is used as an organosilicon binder. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию наносят послойно с выполнением между операциями нанесения слоев сушки при температуре до 100°С.3. The method according to claim 1, characterized in that the suspension is applied in layers with the execution between the operations of applying the layers of drying at temperatures up to 100 ° C. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре до 1000°С.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the firing is carried out at a temperature of up to 1000 ° C. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выполнения операции ГИП защитную керамическую оболочку удаляют в расплаве бифторида калия и/или водном растворе щелочей. 5. The method according to claim 1, characterized in that after the operation of the ISU, the protective ceramic shell is removed in the molten potassium bifluoride and / or aqueous alkali solution.

Images