RU2373302C2 - Method of treatment of turbomachines blades - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy industry.

SUBSTANCE: invention refers to mechanical engineering and may be used in aircraft engine manufacturing and energy turbine manufacturing. Implantation of ions of one of the following chemical elements Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N or their combination is performed with further application of multilayer coating with alternate layers (Ti-TiN-Ti-TiAIN) or (Zr-ZrN-Ti-TiAIN) or (Cr-CrN-Ti-TiAIN) or (Zr-ZrN-TiAlN) or (Zr-TiAlN-Ti-ZrN) in vacuum, at that number of layers is 12-1560. In particular cases of invention performance thickness of coating layer is from 10 nm to 2 mcm at general thickness of coating from 5 mcm to 30 mcm. After application of each layer of metal or coating, ion implantation is performed. Application of each layer of coating is performed simultaneously with ion implantation by alloying ions N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr. Ion implantation is performed at ions energy 300-1000 eV and ions implantation dose 10¹⁰ to 5·10²⁰ ion/cm².

EFFECT: improvement of coating resistance to salt corrosion, dust and drop-impact corrosion with simultaneous improvement of endurance, cyclical strength and decrease of labor intensity during implementation.

8 cl, 4 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток компрессора и турбины от солевой и газовой коррозии, газоабразивной и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости и циклической долговечности.The invention relates to mechanical engineering and can be used in aircraft engine building and power turbine building to protect the pen of the compressor blades of the compressor and turbine from salt and gas corrosion, gas-abrasive and droplet-impact erosion while increasing endurance and cyclic durability.

В промышленности известен гальванический способ нанесения никель-кадмиего (NiCd) покрытия на лопатки компрессора ГТД (Петухов А.Н. Усталость замковых соединений лопаток компрессоров // Труды ЦИАМ №1213, 1987. - 36 с.).The industry knows the galvanic method of applying nickel-cadmium (NiCd) coatings to the blades of a gas turbine compressor (Petukhov AN Fatigue of the joints of compressor blades // Transactions of TsIAM No 1213, 1987. - 36 pp.).

Недостатками этого способа являются невысокая устойчивость к солевой коррозии, экологический вред гальванического производства, а также вероятность наводороживания поверхности, обусловливающего снижение выносливости и циклической долговечности.The disadvantages of this method are the low resistance to salt corrosion, environmental damage to galvanic production, as well as the likelihood of hydrogenation of the surface, causing a decrease in endurance and cyclic durability.

Также известен способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии последовательным осаждением в вакууме на поверхность пера первого слоя конденсированного покрытия сплава на основе никеля толщиной от 6 до 25 мкм и второго слоя покрытия на основе алюминия толщиной от 4 до 12 мкм (Полищук И.Е. Структура и свойства газотермических покрытий на основе интерметаллидов системы никель-алюминий // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. науч.тр. НАН Украины, Науч. Совет НАНУ по пробл. "Физика твердого тела". - Киев, 1998).Also known is a method of protecting steel parts of machines from salt corrosion by sequential deposition in vacuum on the pen surface of the first layer of a condensed nickel-based alloy coating with a thickness of 6 to 25 μm and a second aluminum-based coating layer with a thickness of 4 to 12 μm (I. Polishchuk The structure and properties of gas-thermal coatings based on nickel-aluminum system intermetallics // Electron Microscopy and Strength of Materials: Collection of Scientific Products of NAS of Ukraine, Scientific Council of NASU for the Problem of Solid State Physics. - Kiev, 1998).

Недостатками этого способа являются высокая температура отжига (=610°С), которая приводит к изменениям в структуре материала (например таких сталей, как 20X13, ЭИ961, 15X11МФ). Кроме того, процесс осаждения таких покрытий характеризуется высокой трудоемкостью (не менее 4 ч на садку) и материалоемкостью, при этом увеличение толщины покрытия приводит к существенному снижению ее усталостной и адгезионной прочности.The disadvantages of this method are the high annealing temperature (= 610 ° C), which leads to changes in the structure of the material (for example, steels such as 20X13, EI961, 15X11MF). In addition, the deposition process of such coatings is characterized by high labor intensity (at least 4 hours per charge) and material consumption, while increasing the thickness of the coating leads to a significant decrease in its fatigue and adhesive strength.

Известен способ защиты стальных изделий от солевой коррозии (преимущественно лопаток паровых турбин), включающий последовательное осаждение в вакууме первого слоя из титана толщиной от 0,5 до 5,0 мкм, затем нанесение второго слоя нитрида титана толщиной 6 мкм (Патент РФ №2165475, МПК7 С23С 14/16, 30/00, С22С 19/05, 21/04, 20.04.2001).A known method of protecting steel products from salt corrosion (mainly the blades of steam turbines), including sequential vacuum deposition of the first titanium layer with a thickness of 0.5 to 5.0 microns, then applying a second layer of titanium nitride with a thickness of 6 microns (RF Patent No. 21545475, MPK7 C23C 14/16, 30/00, C22C 19/05, 21/04, 04/20/2001).

Известен также способ защиты стальных деталей машин от солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии, заключающийся в том, что перед нанесением многослойного покрытия проводят ионную имплантацию ионами азота и постимплантационный отпуск, который совмещают с нанесением многослойного покрытия, а многослойное покрытие наносят многократным чередованием слоев титана, ∈-нитрида титана и α-нитрида титана, причем постимплантационный отпуск и нанесение многослойного покрытия проводят в одном вакуумном объеме за один технологический цикл. (Патент РФ №2226227, кл. С23С 14/48, 27.03. 2004).There is also a method of protecting steel parts of machines from salt corrosion, dust and droplet-impact erosion, which consists in the fact that before applying the multilayer coating, ion implantation is carried out by nitrogen ions and post-implantation tempering, which is combined with the multilayer coating, and the multilayer coating is applied by multiple alternating layers titanium, ∈ titanium nitride and α titanium nitride, and postimplantation tempering and multilayer coating is carried out in one vacuum volume for one technological center Cl. (RF patent No. 2226227, CL C23C 14/48, 03/27/2004).

Основным недостатком известных способов является недостаточно высокая стойкость покрытия к солевой коррозии (в связи с его пористостью) и недостаточной стойкости к капельно-ударной эрозии из-за малой толщины и твердости. При увеличении толщины покрытия происходит снижение ее адгезии и усталостной прочности, что ухудшает эксплуатационные свойства лопаток.The main disadvantage of the known methods is the insufficiently high resistance of the coating to salt corrosion (due to its porosity) and insufficient resistance to drip-impact erosion due to the small thickness and hardness. With increasing thickness of the coating, there is a decrease in its adhesion and fatigue strength, which affects the operational properties of the blades.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ защиты лопаток паровых и газовых турбин от солевой и газовой коррозии, газоабразивной и капельно-ударной эрозии, включающий имплантацию ионов одного из следующих химических элементов Cr, Y, Yb, C, B, Zr или их комбинации, а также их комбинации с ионами N и нанесение в вакууме многослойного покрытия чередованием слоев металлов Ti, Zr, Cr и их нитридов (Заявка РФ №2005134034, кл. С23С 14/48, от 03.11.2005).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a method of protecting the blades of steam and gas turbines from salt and gas corrosion, gas-abrasive and drip-impact erosion, including implantation of ions of one of the following chemical elements Cr, Y, Yb, C, B, Zr or their combinations, as well as their combinations with N ions and applying in a vacuum a multilayer coating by alternating layers of Ti, Zr, Cr metals and their nitrides (RF Application No. 2005134034, CL C23C 14/48, dated 03.11.2005).

Основным недостатком аналога является обеспечение недостаточно надежной защиты изделия от пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости, циклической прочности, что особенно важно при эксплуатации компрессорных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и лопаток паровых турбин, а также недостаточно широкого диапазона свойств защитных покрытий, снижающих возможность оптимизации покрытий по условиям эксплуатации защищаемых деталей.The main disadvantage of the analogue is the provision of insufficiently reliable protection of the product from dust and drip-shock erosion while increasing endurance and cyclic strength, which is especially important when operating compressor blades of gas turbine engines (GTE) and blades of steam turbines, as well as an insufficiently wide range of properties of protective coatings, reducing the possibility of optimizing coatings according to the operating conditions of the protected parts.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение стойкости покрытия к солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости, циклической прочности, снижении трудоемкости практической реализации и расширения диапазона свойств защитных покрытий.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of the coating to salt corrosion, dust and droplet-impact erosion while increasing endurance, cyclic strength, reducing the complexity of practical implementation and expanding the range of properties of protective coatings.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки лопаток турбомашин, включающем имплантацию ионов одного из следующих химических элементов Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N или их комбинации с последующим нанесением в вакууме многослойного покрытия, содержащих металлы и их нитриды, в отличие от прототипа, наносят многослойное покрытие с чередующимися слоями (Ti-TiN-Ti-TiAlN) или (Zr-ZrN-Ti-TiAlN), или (Cr-CrN-Ti-TiAlN), или (Zr-ZrN-TiAlN), или (Zr-TiAlN-Ti-ZrN), при этом количество слоев составляет 12-1560, а толщина слоя покрытия может составлять от 10 нм до 2 мкм при общей толщине покрытия от 5 мкм до 30 мкм.The technical result is achieved by the fact that in a method for processing turbomachine blades, comprising implanting ions of one of the following chemical elements Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, or a combination thereof, followed by applying in a vacuum a multilayer coating containing metals and their nitrides, unlike the prototype, a multilayer coating is applied with alternating layers (Ti-TiN-Ti-TiAlN) or (Zr-ZrN-Ti-TiAlN), or (Cr-CrN-Ti-TiAlN), or (Zr-ZrN-TiAlN) , or (Zr-TiAlN-Ti-ZrN), while the number of layers is 12-1560, and the thickness of the coating layer can be from 10 nm to 2 μm with a total thickness of from 5 μm to 30 μm.

Технический результат достигается также тем, что в способе обработки лопаток турбомашин ионную имплантацию проводят по следующим вариантам: после нанесения каждого слоя металла; проводят после нанесения каждого слоя покрытия, после нанесения каждого слоя металла проводят ионами азота, при нанесении каждого слоя покрытия проводят одновременно с ионной имплантацией легирующими ионами, при этом в качестве легирующих ионов используют N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr; a ионную имплантацию проводят при энергии ионов 300-1000 эВ и дозе имплантации ионов 10¹⁰ до 5·10²⁰ ион/см².The technical result is also achieved by the fact that in the method for processing turbomachine blades, ion implantation is carried out according to the following options: after applying each metal layer; carried out after applying each coating layer, after applying each layer of metal is carried out by nitrogen ions, when applying each coating layer is carried out simultaneously with ion implantation with alloying ions, while N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr are used as alloying ions; a ion implantation is carried out at an ion energy of 300-1000 eV and an ion implantation dose of 10 ¹⁰ to 5 · 10 ²⁰ ion / cm ² .

Для исследования стойкости лопаток турбомашин на солевую и газовую коррозии, газоабразивную и капельно-ударную эрозию были изготовлены образцы из стали 20Х13, которые были подвергнуты (указанным в таблице 1) вариантам обработки, с целью получения защитных покрытий. Количество образцов группы бралось равным трем.To study the resistance of the blades of turbomachines to salt and gas corrosion, gas-abrasive and drop-impact erosion, samples were made of steel 20X13, which were subjected to the processing options (indicated in Table 1) in order to obtain protective coatings. The number of group samples was taken equal to three.

Табл.1Table 1 № Группы образцовSample Group No. Имплантируемые ионы (в основу)Implantable ions (basis) Имплантируемые ионы (в покрытие)Implantable ions (in coating) Материал слоев и схема их чередованияThe material of the layers and the scheme of their alternation 1 (Прототип)1 (Prototype) N+CrN + Cr NN n₁(Ti-TiN-TiN)n ₁ (Ti-TiN-TiN) 22 N+CrN + Cr NN n₂(Ti-TiN-Ti-TiAlN)n ₂ (Ti-TiN-Ti-TiAlN) 33 YbYb YY n₂(Zr-ZrN-Ti-TiAIN)n ₂ (Zr-ZrN-Ti-TiAIN) 4four Y+NY + N CrCr n₂(Cr-CrN-Ti-TiAIN)n ₂ (Cr-CrN-Ti-TiAIN) 55 YY NN n₂(Ti-TiAlN-Ti-TiN)n ₂ (Ti-TiAlN-Ti-TiN) 66 YbYb YY n₂(Zr-ZrN-TiAIN)n ₂ (Zr-ZrN-TiAIN) 77 СFROM NN n₂(Zr-TiAlN-Ti-ZrN)n ₂ (Zr-TiAlN-Ti-ZrN)

Режимы обработки образцов и нанесения покрытия: ионная имплантация (ионами N, Cr, Y, Yb, С,В, Zr) с энергией Е=300эВ-30 КэВ и дозой облучения Д=3·10¹⁹ ион/см² с последующим постимплантационным отпуском в вакууме при температуре 400°С в течение 1 ч с одновременным нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия (материал слоев и схема их чередования согласно таблицы 1).Modes of sample processing and coating: ion implantation (with N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions) with an energy of E = 300 eV-30 KeV and an irradiation dose of D = 3 · 10 ¹⁹ ion / cm ² followed by post-implantation in vacuum at a temperature of 400 ° C for 1 h with the simultaneous application of an ion-plasma multilayer coating (layer material and their alternation scheme according to table 1).

Толщины слоев составляли: прототип - первый слой - Me толщиной около 1 мкм, второй слой - нитрид Me толщиной около 2 мкм, количество слоев n₁ бралось равным 12 при общей толщине покрытия от 19 до 21 мкм; предлагаемое техническое решение - первый слой - Me толщиной 0,3 мкм, последующие слои - толщиной от 10 нм до 2 мкм, количество слоев n₂ бралось от 12 до 1560 при общей при общей толщине покрытия от 19 до 21 мкм.The thicknesses of the layers were: prototype - the first layer is Me about 1 μm thick, the second layer is Me nitride about 2 μm thick, the number of layers n _{1 was} taken to be 12 with a total coating thickness of 19 to 21 microns; the proposed technical solution is the first layer - Me 0.3 μm thick, the subsequent layers - from 10 nm to 2 μm thick, the number of layers n _{2 was} taken from 12 to 1560 with a total coating thickness of 19 to 21 μm.

Стойкость к солевой коррозии исследовалась по ускоренной методике Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ). Сущность методики испытания заключается в ускорении коррозионного процесса под влиянием ионов хлора при высоких и быстроменяющихся температурах и относительной влажности воздуха, приближенных к условиям эксплуатации лопаток.Resistance to salt corrosion was studied using the accelerated methodology of the All-Russian Institute of Aviation Materials (VIAM). The essence of the test procedure is to accelerate the corrosion process under the influence of chlorine ions at high and rapidly changing temperatures and relative humidity, close to the operating conditions of the blades.

В процессе испытаний производилось взвешивание образцов на аналитических весах модели ВЛР-200: в исходном состоянии; после испытаний - с продуктами коррозии на поверхности образцов; после удаления коррозионного налета - химическим способом.During the tests, the samples were weighed on an analytical balance of the VLR-200 model: in the initial state; after testing, with corrosion products on the surface of the samples; after removal of corrosion deposits - by chemical means.

Кроме этого проводилась оценка глубины коррозионных повреждений общепринятым металлографическим методом на наклонных шлифах с углом наклона=3. Результаты коррозионных испытаний приведены в табл.2.In addition, the depth of corrosion damage was estimated by the generally accepted metallographic method on inclined sections with an inclination angle = 3. The results of corrosion tests are given in table.2.

Таблица 2table 2 Коррозионная стойкость.Corrosion Resistance №No. Результаты внешнего осмотраExternal Inspection Results Результаты взвешивания, г.Results of weighing, g. ПотеряLoss п/пp / p До удаления продуктов коррозииPrior to removal of corrosion products После удаления продуктов коррозииAfter removal of corrosion products В исход. сост.To the end. comp. После испытаний (с удаленными продуктами коррозии)After testing (with removed corrosion products) массы, гmass, g 1.one. Продукты коррозии по всему периметру образцаCorrosion products around the entire perimeter of the sample Точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Spot damage all over. sample (at 4x magnification) 32,824232,8242 32,752232,7522 0,07200,0720 2.2. Продукты коррозии по периметру образцаCorrosion products around the perimeter of the sample Отдельные точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Separate pinpoint lesions all over. sample (at 4x magnification) 33,126033.1260 33,093333.0933 0,03270,0327 33 Продукты коррозии по отдельным участкам образцаCorrosion products in individual sections of the sample Редко расположенные мелкие точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Rarely located minor point damage all over. sample (at 4x magnification) 32,096832.0968 32,063732.0637 0,03310,0331 4four Продукты коррозии по отдельным участкам образцаCorrosion products in individual sections of the sample Редко расположенные мелкие точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Rarely located minor point damage all over. sample (at 4x magnification) 32,980732,9807 32,951532.9515 0,02920,0292 55 Продукты коррозии по отдельным участкам образцаCorrosion products in individual sections of the sample Редко расположенные мелкие точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Rarely located minor point damage all over. sample (at 4x magnification) 32,754232,7542 32,731932.7319 0,02230,0223 66 Продукты коррозии по отдельным участкам образцаCorrosion products in individual sections of the sample Редко расположенные мелкие точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Rarely located minor point damage all over. sample (at 4x magnification) 33,091733.0917 33,044633,0446 0,04710.0471 77 Продукты коррозии по отдельным участкам образцаCorrosion products in individual sections of the sample Редко расположенные мелкие точечные повреждения по всей поверх. образца (при 4-крат. увеличении)Rarely located minor point damage all over. sample (at 4x magnification) 32,127432,1274 32,103732,1037 0,02370,0237

Таблица 3.Table 3. Стойкость к пылевой эрозии.Resistance to dust erosion. №No. Потеря массы,Mass loss УвеличениеIncrease п/пp / p мкмμm стойкости, разdurability, times 00 4,564,56 -- 1one 0,610.61 7,477.47 22 0,340.34 13,4113.41 33 0,330.33 13,8113.81 4four 0,290.29 15,7215.72 55 0,340.34 13,4113.41 66 0,310.31 14,7114.71 77 0,380.38 12,0012.00

Таблица 4.Table 4. Стойкость к капельно-ударной эрозии.Resistance to drop-impact erosion. № п/пNo. p / p Увеличение стойкости, разThe increase in durability, times № п/пNo. p / p Увеличение стойкости, разThe increase in durability, times 00 -- 4four 12,712.7 1one 6,56.5 55 9,69.6 22 8,98.9 66 8,78.7 33 10,110.1 77 11,311.3

Анализ результатов сравнительных коррозионных испытаний показал, что наилучшие защитные свойства обеспечивает предлагаемый способ нанесения многослойного покрытия. Образец, обработанный по предлагаемому способу, характеризуется наименьшей потерей массы и минимальной площадью поверхности, пораженной коррозией, что свидетельствует о высокой надежности наносимого многослойного покрытия.Analysis of the results of comparative corrosion tests showed that the best protective properties provide the proposed method of applying a multilayer coating. The sample processed by the proposed method is characterized by the least weight loss and the minimum surface area affected by corrosion, which indicates the high reliability of the applied multilayer coating.

Стойкость к пылевой эрозии исследовалась по методике ЦИАМ (Технический отчет ЦИАМ "Экспериментальное исследование износостойкости вакуумных ионоплазменных покрытий в запыленном потоке воздуха" №10790, 1987. - 37 с.) в пескоструйной установке 12Г-53 струйно-эжекторного типа. Для обдува использовался молотый кварцевый песок с плотностью=2650 кг/м³, твердостью HV=12000 МПа. Обдув производился при скорости воздушно-абразивного потока 195-210 м/с, температура потока 265-311 К, давление в приемной камере 0,115-0,122 МПа, время воздействия - 120 с, концентрация абразива в потоке до 2-3 г/м³, что несколько выше, чем концентрация пылевых частиц на входе в авиационный двигатель в реальных условиях. Результаты испытания приведены в табл.3. Из таблицы видно, что стойкость к пылевой эрозии у образца, обработанного по предлагаемой методике, увеличилась приблизительно в 1,6…3,4 раза.Resistance to dust erosion was studied according to the TsIAM method (TsIAM Technical Report “Experimental Investigation of the Wear Resistance of Vacuum Ion-Plasma Coatings in a Dusty Air Flow” No. 10790, 1987. - 37 pp.) In a 12G-53 sandblasting machine of jet-ejector type. For blowing, ground quartz sand with a density of = 2650 kg / m ³ and a hardness of HV = 12000 MPa was used. Blowing was performed at an air-abrasive flow velocity of 195-210 m / s, a flow temperature of 265-311 K, a pressure in the receiving chamber of 0.115-0.122 MPa, an exposure time of 120 s, an abrasive concentration in the flow of up to 2-3 g / m ³ , which is slightly higher than the concentration of dust particles at the entrance to an aircraft engine in real conditions. The test results are shown in table.3. The table shows that the resistance to dust erosion of the sample processed by the proposed method increased by about 1.6 ... 3.4 times.

Стойкость к капельно-ударной эрозии исследовалась по методике МЭИ (Московского энергетического института) на стенде "Эрозия" при соударении жидких частиц размером 800 мкм и скоростью С_уд=300 м/с.Resistance to droplet-impact erosion was studied by the method of MPEI (Moscow Power Engineering Institute) at the Erosion stand during the collision of liquid particles with a size of 800 microns and a speed of C _beats = 300 m / s.

Результаты исследования приведены в табл.4. Установлено, что стойкость к капельно-ударной эрозии у образцов, обработанных по предлагаемому способу, увеличилась, приблизительно от 1,3 до 1,9 раз по сравнению с прототипом.The results of the study are given in table.4. It was found that the resistance to drip-impact erosion in samples processed by the proposed method increased by approximately 1.3 to 1.9 times compared with the prototype.

Дополнительно были проведены испытания на выносливость и циклическую прочность образцов из стали 20X13 на воздухе и коррозионной среде в соответствии с требованиями ГОСТ 9.302-88. В результате эксперимента установлено следующее: при испытаниях на воздухе условный предел выносливости (σ_-1) образцов в исходном состоянии (без покрытия) составляет 320 МПа, у образцов, упрочненных по предлагаемому способу, до 380 МПа; при испытаниях в коррозионной среде условный предел выносливости образцов в исходном состоянии (без покрытия) составляет 180 МПа, у образцов, упрочненных по предлагаемому способу, до 340 МПа.Additionally, endurance and cyclic strength tests were carried out on samples of steel 20X13 in air and a corrosive environment in accordance with the requirements of GOST 9.302-88. As a result of the experiment, the following was established: in tests in air, the conditional endurance limit (σ _-1 ) of the samples in the initial state (without coating) is 320 MPa, for samples hardened by the proposed method, up to 380 MPa; when tested in a corrosive environment, the conditional endurance limit of the samples in the initial state (without coating) is 180 MPa, for samples hardened by the proposed method, up to 340 MPa.

Подобные результаты были получены также для образцов из материалов ЭИ961 и 15X11МФ.Similar results were also obtained for samples from materials EI961 and 15X11MF.

Проведенные испытания покрытий показали, что приведенная в формуле изобретения совокупность существенных признаков позволяет достичь технического результата предлагаемого изобретения - повысить стойкость покрытия к солевой коррозии, пылевой и капельно-ударной эрозии при одновременном повышении выносливости, циклической прочности, снижении трудоемкости практической реализации и расширения диапазона свойств защитных покрытий.The tests of coatings showed that the set of essential features given in the claims allows to achieve the technical result of the present invention - to increase the resistance of the coating to salt corrosion, dust and droplet-impact erosion while increasing endurance, cyclic strength, reducing the complexity of practical implementation and expanding the range of protective properties coatings.

Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.

Обработку поверхности лопаток турбомашин по описываемому способу проводят после всех формообразующих механических обработок, включая полирование. Лопатку тщательно обезжиривают в ультразвуковой ванне и протирают бензино-ацетоновой смесью. Для удаления остатков влаги лопатку подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре от 60° до 65°С.После сушки лопатку устанавливают в вакуумную камеру, где создают вакуум не ниже 2-104 Па и проводят очистку ионами аргона в течение 12 мин с последующей ионной имплантацией азота и хрома по режимуThe surface treatment of the blades of turbomachines according to the described method is carried out after all the shaping machining, including polishing. The blade is thoroughly degreased in an ultrasonic bath and wiped with a gasoline-acetone mixture. To remove residual moisture, the blade is subjected to heat treatment in an oven at a temperature of 60 ° to 65 ° C. After drying, the blade is installed in a vacuum chamber, where a vacuum of at least 2-104 Pa is created and argon ions are cleaned for 12 min followed by ion implantation nitrogen and chromium according to the regime

N+CrN + Cr NN (Ti- -TiN-TiAIN)(Ti-TiN-TiAIN)

Имплантируемый ион АзотImplantable Nitrogen Ion

Энергия ионов 300-1000 эВIon energy 300-1000 eV

Плотность ионного тока 5-10 мА/см² The density of the ion current 5-10 mA / cm ²

Доза имплантации ионов 310¹⁹ ион/см² The dose of implantation of ions 310 ¹⁹ ion / cm ²

Имплантируемый ион ХромImplantable Chromium Ion

Энергия ионов 300-1000 эВIon energy 300-1000 eV

Плотность ионного тока 5-10 мА/см² The density of the ion current 5-10 mA / cm ²

Доза имплантации ионов 3·10¹⁹ ион/см² The dose of implantation of ions 3 · 10 ¹⁹ ion / cm ²

После этого в том же рабочем пространстве проводят вакуумный постимплантационный отпуск при температуре 400°С в течение 1 ч, совмещенный с нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия на основе титана и нитрида титана с последовательным чередованием слоев: первый слой - титан толщиной 0,3 мкм, второй слой - нитрид титана толщиной 0,3 мкм, третий слой алюмонитрид титана толщиной 0,6 мкм, причем, после нанесения каждого слоя титана производят имплантацию ионов азота по режиму: энергия ионов 300-1000 эВ, доза имплантации ионов 5·10¹⁸ ион/см². Нанесение указанных слоев повторяют до получения заданной толщины (20 мкм) многослойного покрытия. Режимы при нанесении покрытия: ток 1=140 А, напряжение U=140 В.After that, in the same working space, vacuum post-implantation tempering is carried out at a temperature of 400 ° C for 1 h, combined with the application of an ion-plasma multilayer coating based on titanium and titanium nitride with sequential alternation of layers: the first layer is titanium with a thickness of 0.3 μm, the second layer is titanium nitride 0.3 μm thick, the third layer is titanium aluminonitride 0.6 μm thick, and, after applying each titanium layer, nitrogen ions are implanted according to the regime: ion energy 300-1000 eV, ion implantation dose 5 · 10 ¹⁸ ion / cm ² . The application of these layers is repeated until the desired thickness (20 μm) of the multilayer coating is obtained. Modes when coating: current 1 = 140 A, voltage U = 140 V.

Claims (8)

1. Способ обработки лопаток турбомашин, включающий имплантацию ионов одного из следующих химических элементов Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N или их комбинации с последующим нанесением в вакууме многослойного покрытия, содержащего металлы и их нитриды, отличающийся тем, что наносят многослойное покрытие с чередующимися слоями (Ti-TiN-Ti-TiAlN) или (Zr-ZrN-Ti-TiAlN), или (Cr-CrN-Ti-TiAlN), или (Zr-ZrN-TiAlN), или (Zr-TiAlN-Ti-ZrN), при этом количество слоев составляет 12-1560.1. A method of processing blades of turbomachines, comprising implanting ions of one of the following chemical elements Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, or a combination thereof, followed by vacuum deposition of a multilayer coating containing metals and their nitrides, characterized in that multilayer coating with alternating layers (Ti-TiN-Ti-TiAlN) or (Zr-ZrN-Ti-TiAlN), or (Cr-CrN-Ti-TiAlN), or (Zr-ZrN-TiAlN), or (Zr-TiAlN Ti-ZrN), while the number of layers is 12-1560. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя покрытия составляет от 10 нм до 2 мкм при общей толщине покрытия от 5 мкм до 30 мкм.2. The method according to claim 1, characterized in that the coating layer thickness is from 10 nm to 2 μm with a total coating thickness of from 5 μm to 30 μm. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нанесения каждого слоя металла проводят ионную имплантацию.3. The method according to claim 1, characterized in that after the application of each metal layer, ion implantation is carried out. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что после нанесения каждого слоя покрытия проводят ионную имплантацию.4. The method according to claim 2, characterized in that after applying each coating layer, ion implantation is carried out. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что ионную имплантацию после нанесения каждого слоя металла проводят ионами азота.5. The method according to claim 3, characterized in that the ion implantation after application of each metal layer is carried out by nitrogen ions. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что нанесение каждого слоя покрытия проводят одновременно с ионной имплантацией легирующими ионами.6. The method according to claim 2, characterized in that the application of each coating layer is carried out simultaneously with ion implantation with doping ions. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве легирующих ионов используют N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr.7. The method according to claim 6, characterized in that as alloying ions use N, Cr, Y, Yb, C, B, Zr. 8. Способ по любому из пп.3, 4, 6, отличающийся тем, что ионную имплантацию проводят при энергии ионов 300-1000 эВ и дозе имплантации ионов 10¹⁰ до 5·10²⁰ ион/см². 8. The method according to any one of claims 3, 4, 6, characterized in that the ion implantation is carried out at an ion energy of 300-1000 eV and an ion implantation dose of 10 ¹⁰ to 5 · 10 ²⁰ ion / cm ² .