RU2693227C1 - Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys - Google Patents
Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693227C1 RU2693227C1 RU2018115619A RU2018115619A RU2693227C1 RU 2693227 C1 RU2693227 C1 RU 2693227C1 RU 2018115619 A RU2018115619 A RU 2018115619A RU 2018115619 A RU2018115619 A RU 2018115619A RU 2693227 C1 RU2693227 C1 RU 2693227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- vanadium
- coating
- layer
- blisk
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 32
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- -1 argon ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 claims description 3
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 9
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/50—Substrate holders
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов от эрозионного разрушения.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the aircraft engine and power turbine construction to protect the pen of the blades of the compressor titanium mono-wheel from titanium alloys from erosion damage.
Известен способ вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий на подложку в среде инертного газа, включающий создание разности электрических потенциалов между подложкой и катодом и очистку поверхности подложки потоком ионов, снижение разности потенциалов и нанесение покрытия, проведение отжига покрытия путем повышения разности потенциалов, причем ионный поток и поток испаряемого материала, идущий от катода к подложке, экранируют, очистку проводят ионами инертного газа, после очистки экраны отводят и покрытие наносят в несколько этапов до получения требуемой толщины (Патент РФ 2192501, C23C 14/34, опубл.10.11.2002).There is a method of vacuum ion-plasma coating on a substrate in an inert gas environment, including creating an electric potential difference between the substrate and the cathode and cleaning the substrate surface with an ion flow, reducing the potential difference and applying a coating, conducting an annealing of the coating by increasing the potential difference, and ion flux and the stream of evaporated material going from the cathode to the substrate is screened, cleaning is carried out with inert gas ions, after cleaning the screens are withdrawn and the coating is applied in a few fl up to obtain the required thickness (Patent RF 2192501, C23C 14/34, publ.11.11.2002).
Известен способ нанесения ионно-плазменных покрытий на лопатки 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, МПК C23C 14/16, 30/00, C22C 19/05, 21/04, опубл. 20.04.2001).There is a method of applying ion-plasma coatings on turbine blades, including sequential deposition in vacuum of a first layer of titanium 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 2165475, IPC C23C 14/16 , 30/00, C22C 19/05, 21/04, published 20.04.2001).
Основным недостатком этого способа является обеспечение недостаточно высокой эрозионной стойкости поверхности лопатки. Кроме того, при увеличении толщины покрытия (или каждого из слоев покрытия) происходит снижение адгезионной и усталостной прочности деталей с покрытиями, что ухудшает их ресурс и надежность.The main disadvantage of this method is the provision of insufficiently high erosion resistance of the blade surface. In addition, with an increase in the thickness of the coating (or each of the coating layers), the adhesion and fatigue strength of parts with coatings decreases, which degrades their life and reliability.
Рабочие лопатки компрессора ГТД и ГТУ, в процессе эксплуатации, подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Исходя из предъявляемых к эксплуатационным свойствам требований, для изготовления лопаток компрессора газовых турбин применяются титановые сплавы, которые по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пластичность и коррозионную стойкость (например, титановые сплавы марок ВТ6, ВТ8, ВТ18У, ВТ3-1, ВТ22 и др.)Working blades of the compressor of gas turbine engines and gas turbines, during operation, are exposed to significant dynamic and static loads, as well as to corrosion and erosion destruction. On the basis of the requirements imposed on the operational properties, titanium alloys are used for the manufacture of gas turbine compressor blades, which, compared to technical titanium, have higher strength, including at high temperatures, while maintaining sufficiently high ductility and corrosion resistance (for example, titanium alloys of grades VT6, VT8, VT18U, VT3-1, VT22, etc.)
Однако лопатки турбин из указанных сплавов обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения. Поэтому дефекты, образующиеся в процессе изготовления этих деталей, недопустимы, поскольку вызывают возникновение интенсивных процессов разрушения. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.However, turbine blades of these alloys are hypersensitive to stress concentrators. Therefore, defects resulting from the manufacturing process of these parts are unacceptable, since they cause the occurrence of intensive processes of destruction. This causes problems when machining surfaces of parts of turbomachines. In this regard, the development of methods for obtaining high-quality surfaces of parts of turbomachines is a very urgent task.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ нанесения эрозионностойких покрытий на лопатки блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов, включающий упрочняющую обработку пера лопатки с последующим нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия в виде заданного количества пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом (Патент РФ 2226227, МПК C23C 14/48, опубл. 27.03.2004).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a method of applying erosion-resistant coatings on the blades blisk gas turbine engine of titanium alloys, including hardening treatment pen blades followed by the application of ion-plasma multilayer coating in the form of a specified number of pairs of layers in the form of a titanium layer with metal and a layer of compounds of titanium with metal and nitrogen (RF Patent 2226227, IPC C23C 14/48, publ. 27.03.2004).
Основным недостатком аналога является недостаточная надежность защиты от эрозионного разрушения. При этом повышение указанных свойств особенно важно для таких деталей из титановых сплавов, как компрессорные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД). Кроме того, все вышеперечисленные способы не могут использоваться для нанесения равномерного покрытия на поверхность лопаток блиска. The main disadvantage of the analog is the lack of reliability of protection against erosion destruction. At the same time, an increase in these properties is especially important for such parts made of titanium alloys, such as compressor blades of gas turbine engines (GTE). In addition, all of the above methods can not be used for applying a uniform coating on the surface of the blades of the blisk.
Задачей настоящего изобретения является создание такого многослойного покрытия, которое было бы способно эффективно защищать блиски ГТД из титановых сплавов от эрозионного износа в условиях воздействия газовых потоков, содержащих абразивные частицы. The present invention is the creation of such a multi-layer coating, which would be able to effectively protect the gas cylinder blocks of titanium alloys from erosion wear under the influence of gas streams containing abrasive particles.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение стойкости лопаток блиска компрессора ГТД к эрозионному разрушению за счет обеспечения равномерного нанесения на них эрозионностойкого покрытия.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of the blades of the blister compressor GTE to erosion destruction by ensuring uniform application of erosion-resistant coating on them.
Технический результат достигается тем, что в способе нанесения эрозионностойких покрытий на лопатки блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов, включающем упрочняющую обработку материала поверхностного слоя лопаток блиска с последующим нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия с заданным количеством пар слоев в виде слоя титана с ванадием и слоя соединений титана с и ванадием и азотом, при вращении блиска относительно его продольной оси и, одновременно, либо вращении относительно его поперечной оси, либо придания блиску колебательных движений относительно его поперечной оси, обеспечивающих нанесение покрытия на всю рабочую поверхность блиска, в отличие от прототипа упрочняющую обработку материала поверхностного слоя лопаток блиска проводят виброабразивным шлифованием, а нанесение титана и ванадия производят одновременно с двух электродуговых испарителей для титана и двух электродуговых испарителей для ванадия, попарно расположенных друг против друга, а при нанесении покрытия используют соотношение титана к ванадию, вес.%: V от 30 до 45, остальное - Ti, причем слой титана с ванадием наносят толщиной от 0,2 мкм до 0,3 мкм, а слой соединений титана с ванадием и азотом наносят толщиной от 1,1 мкм до 2,2 мкм при общей толщине многослойного покрытия от 5,0 мкм до 9,0 мкм.The technical result is achieved in that the method of applying erosion-resistant coatings on blisks of a gas turbine engine made of titanium alloys, including hardening treatment of the material of the surface layer of blis blades followed by the application of an ion-plasma multilayer coating with a specified number of pairs of layers in the form of a titanium layer with vanadium and a layer of compounds titanium with and vanadium and nitrogen, when rotating the blisk relative to its longitudinal axis and, at the same time, either rotating about its transverse axis, or attached The blisch of oscillatory movements relative to its transverse axis ensures coating of the entire working surface of the blisk, in contrast to the prototype, the hardening treatment of the material of the surface layer of bliska blades is performed by vibroabrasive grinding, and the application of titanium and vanadium is carried out simultaneously from two electric arc evaporators for titanium and two electric arc evaporators for vanadium, arranged in pairs against each other, and when coating is applied, the ratio of titanium to vanadium, wt.%: V from 30 to 45, remains It is Ti, whereby a layer of titanium with vanadium is applied with a thickness of 0.2 μm to 0.3 μm, and a layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen is applied with a thickness of 1.1 μm to 2.2 μm with a total thickness of the multilayer coating of 5, 0 micron to 9.0 micron.
Кроме того возможно использование следующих дополнительных приема: нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота. In addition, you can use the following additional methods: the deposition of layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the mode of assisting with argon ions, and the layers of compounds of titanium with vanadium and nitrogen are carried out in the mode of assisting with nitrogen ions.
Для оценки эрозионной стойкости лопаток блиска были проведены следующие испытания. На образцы из титановых сплавов марок ВТ6, ВТ8, ВТ8 м, ВТ41, ВТ18у, ВТ31, ВТ9, ВТ22, ВТ25у были нанесены покрытия как по способу-прототипу (патент РФ 2226227, МПК C23C 14/48, опубл. 27.03.2004), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам нанесения, так и покрытия по предлагаемому способу. В качестве упрочняющей обработки лопаток блиска применялась виброабразивное шлифование.To assess the erosion resistance of the blisk blades, the following tests were carried out. The samples of titanium alloys of grades VT6, VT8, VT8 m, VT41, VT18u, VT31, VT9, VT22, VT25u were coated as in the prototype method (RF patent 2226227, IPC C23C 14/48, publ. 03/27/2004) according to the conditions and modes of application given in the prototype method, and the coating according to the proposed method. Vibroabrasive grinding was used as a hardening treatment for blisk blades.
Режимы нанесения покрытия по предлагаемому способу.Modes of coating on the proposed method.
Нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляли: с четырех, одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей. Расположение испарителей - периферийное, с обеих сторон блиска, с чередованием электродугового испарителя из ванадия с испарителем из титана. Электродуговые испарители располагались в периферийной части цилиндрической рабочей камеры ионно-плазменной установки. Блиск, по первому варианту вращался одновременно вокруг собственной продольной оси и поперечной оси, по второму варианту вращался вокруг собственной продольной оси с совершением колебательных движений. Поперечная ось совпадала по ориентации с вертикальной осью цилиндрической рабочей камеры установки. Скорость вращения блиска относительно собственной оси составляла от 8 до 10 об/мин, относительно поперечной оси от 3 до 5 об/мин. Колебательные движения составляли по 30° по обе стороны от вертикали, при от 3 до 5 колебаний в минуту. Нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляли в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота.The deposition of layers of titanium compounds with vanadium was carried out: from four simultaneously operating separate electric arc evaporators. The location of the evaporators is peripheral, on both sides of the bliska, with alternation of a vanadium arc evaporator with a titanium evaporator. Electric arc evaporators were located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the ion-plasma unit. The bliske, in the first embodiment, simultaneously rotated around its own longitudinal axis and the transverse axis, in the second embodiment rotated around its own longitudinal axis with the execution of oscillatory movements. The transverse axis coincided in orientation with the vertical axis of the cylindrical working chamber of the installation. The speed of rotation of the blisch relative to its own axis ranged from 8 to 10 rpm, relative to the transverse axis from 3 to 5 rpm. Oscillatory movements were at 30 ° on both sides of the vertical, with from 3 to 5 vibrations per minute. The layers of titanium compounds with vanadium were deposited in the mode of assisting with argon ions, and the layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen were carried out in the mode of assisting with nitrogen ions.
Толщина слоя титана с ванадием: 0,1 мкм – неудовлеворительный результат (Н.Р.); 0,2 мкм – удовлетворительный результат (У.Р.); 0,3 мкм (У.Р.); 0,5 мкм (Н.Р.). Толщина слоя соединений титана с ванадия и азотом: 0,9 мкм (Н.Р.); 1,1 мкм (У.Р.); 1,5 мкм (У.Р.); 2,2 мкм (У.Р.); 2,5 мкм (Н.Р.). Общая толщина покрытия : 4,0 мкм (Н.Р.); 5,0 мкм (У.Р.); 7,0 мкм (У.Р.); 9,0 мкм (У.Р.); 11,0 мкм (Н.Р.).The thickness of the layer of titanium with vanadium: 0.1 microns - a dissatisfying result (NR); 0.2 μm - a satisfactory result (U.R.); 0.3 microns (USP); 0.5 µm (N.P.). The thickness of the layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen: 0.9 microns (NR); 1.1 microns (USP); 1.5 microns (U.R.); 2.2 microns (USP); 2.5 μm (N.P.). Total coating thickness: 4.0 µm (NR); 5,0 microns (У.Р.); 7.0 microns (USP); 9.0 microns (USP); 11.0 µm (N.P.).
Толщина покрытия, нанесенного по предлагаемому способу составляла от 5 мкм до 9 мкм, покрытия-прототипа от 0 мкм (в затененных зонах) до 9 мкм.The thickness of the coating applied by the proposed method ranged from 5 μm to 9 μm, the coating of the prototype from 0 μm (in shaded areas) to 9 μm.
Эрозионная стойкость поверхности образцов исследовалась по методике ЦИАМ (Технический отчет ЦИАМ Экспериментальное исследование износостойкости вакуумных ионно-плазменных покрытий в запыленном потоке воздуха 10790, 1987. - 37 с.) на пескоструйной установке 12Г-53 струйно-эжекторного типа. Для обдува использовался молотый кварцевый песок с плотностью р=2650 кг/м3, твердость 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. Результаты испытания показали, что эрозионная стойкость покрытий, полученных по предлагаемому способу, увеличилась по сравнению с покрытием-прототипом приблизительно в 6…7 раз. The erosion resistance of the sample surface was studied by the CIAM method (CIAM Technical Report. Experimental study of the wear resistance of vacuum ion-plasma coatings in a dusty air stream 10790, 1987. - 37 p.) On a 12 G-53 blasting unit of an ejector type. Ground air was used for blow molding quartz sand with a density of p = 2650 kg / m 3 , hardness HV = 12000 MPa. Airflow was carried out at an air-abrasive flow rate of 195-210 m / s, a flow temperature of 265-311 K, a pressure in the receiving chamber 0.115-0.122 MPa, an exposure time of 120 s, and an abrasive concentration in the flow up to 2-3 g / m 3 . The test results showed that the erosion resistance of the coatings obtained by the proposed method increased compared to the prototype coating by about 6 ... 7 times.
Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе нанесения эрозионностойких покрытий на лопатки блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов следующих приемов: включающем упрочняющую обработку материала поверхностного слоя лопаток блиска с последующим нанесением ионно-плазменного многослойного покрытия с заданным количеством пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом; при нанесении покрытия на блиск его одновременное вращение относительно его продольной оси и его поперечной оси с приданием блиску колебательных движений относительно его поперечной оси, обеспечивающих нанесение покрытия на всю рабочую поверхности блиска; использование в качестве металла в слоях титана с металлом и в слоях соединений титана с металлом и азотом ванадия; произведение нанесения титана и ванадия одновременно с двух электродуговых испарителей для титана и двух электродуговых испарителей для ванадия, попарно расположенных по разные стороны от блиска, а также использование следующих дополнительных приемов: при нанесении покрытия используют соотношение титана к ванадию, вес.%: V от 30 до 45, остальное - Ti, причем слой титана с ванадием наносят толщиной от 0,2 мкм до 0,3 мкм, а слой соединений титана с ванадием и азотом наносят толщиной от 1,1 мкм до 2,2 мкм при общей толщине многослойного покрытия от 5,0 мкм до 9,0 мкм; нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом осуществляют в режиме ассистирования ионами азота, позволяют достичь технического результата заявляемого изобретения - повысить стойкость лопаток блиска компрессора ГТД к эрозионному разрушению за счет обеспечения равномерного нанесения на них эрозионностойкого покрытия. Thus, comparative tests have shown that the use of the following methods in the method of applying erosion-resistant coatings on blisks of a gas turbine engine made of titanium alloys: including hardening treatment of the material of the surface layer of blisks, followed by applying an ion-plasma multilayer coating with a specified number of pairs of layers as a layer titanium with metal and a layer of compounds of titanium with metal and nitrogen; when applying a coating on a blisk, its simultaneous rotation about its longitudinal axis and its transverse axis with imparting a blisch of oscillatory movements about its transverse axis, providing coating on the entire working surface of the bliska; use as a metal in the layers of titanium with metal and in the layers of compounds of titanium with metal and nitrogen of vanadium; the product of deposition of titanium and vanadium simultaneously from two electric arc evaporators for titanium and two electric arc evaporators for vanadium, located in pairs on opposite sides of bliska, and using the following additional methods: when applying the coating, the ratio of titanium to vanadium is used, wt.%: V from 30 to 45, the rest is Ti, and a layer of titanium with vanadium is applied with a thickness of 0.2 μm to 0.3 μm, and a layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen is applied with a thickness of 1.1 μm to 2.2 μm with a total thickness of the multilayer coating from 5.0 micron to 9.0 microns; Laying layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the mode of assisting with argon ions, and layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the mode of assisting with nitrogen ions, allow to achieve the technical result of the claimed invention to increase the resistance of the GTE compressor blades to erosion destruction by ensuring uniform deposition on them erosion resistant coating.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115619A RU2693227C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115619A RU2693227C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2693227C1 true RU2693227C1 (en) | 2019-07-01 |
Family
ID=67252145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018115619A RU2693227C1 (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2693227C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03232963A (en) * | 1990-02-08 | 1991-10-16 | Nippon Steel Corp | Method for coating with ceramics film |
| RU2058427C1 (en) * | 1993-06-01 | 1996-04-20 | Александр Иванович Дерюгин | Vacuum device for plating |
| SU1777391A1 (en) * | 1990-04-23 | 1998-04-10 | Республиканский инженерно-технический центр по восстановлению и упрочнению деталей машин и механизмов | Method for ion-beam treatment of articles |
| RU2226227C1 (en) * | 2002-08-05 | 2004-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion |
| US20050005852A1 (en) * | 2002-10-07 | 2005-01-13 | Burns Steven M. | Multiple axis tumbler coating apparatus |
| RU2294395C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces |
| RU2380456C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for application of ion-plasma coatings and installation for its realisation |
| RU2623534C2 (en) * | 2011-03-17 | 2017-06-27 | Зульцер Метко Аг | Component manipulator for dymamic positioning of basis, paint application and use of component manipulator |
-
2018
- 2018-04-25 RU RU2018115619A patent/RU2693227C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03232963A (en) * | 1990-02-08 | 1991-10-16 | Nippon Steel Corp | Method for coating with ceramics film |
| SU1777391A1 (en) * | 1990-04-23 | 1998-04-10 | Республиканский инженерно-технический центр по восстановлению и упрочнению деталей машин и механизмов | Method for ion-beam treatment of articles |
| RU2058427C1 (en) * | 1993-06-01 | 1996-04-20 | Александр Иванович Дерюгин | Vacuum device for plating |
| RU2226227C1 (en) * | 2002-08-05 | 2004-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion |
| US20050005852A1 (en) * | 2002-10-07 | 2005-01-13 | Burns Steven M. | Multiple axis tumbler coating apparatus |
| RU2294395C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces |
| RU2380456C1 (en) * | 2008-05-04 | 2010-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for application of ion-plasma coatings and installation for its realisation |
| RU2623534C2 (en) * | 2011-03-17 | 2017-06-27 | Зульцер Метко Аг | Component manipulator for dymamic positioning of basis, paint application and use of component manipulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2161661C1 (en) | Method of applying wear-resistant coatings and improvement of durability of parts | |
| Cao et al. | Sand particle erosion resistance of the multilayer gradient TiN/Ti coatings on Ti6Al4V alloy | |
| US11859499B2 (en) | Turbine clearance control coatings and method | |
| Qin et al. | Cavitation erosion behavior of nanocomposite Ti–Si–C–N and Ti/Ti–Si–C–N coatings deposited on 2Cr13 stainless steel using a plasma enhanced magnetron sputtering process | |
| RU2228387C2 (en) | Method of application of multi-layer on metal articles | |
| RU2430992C2 (en) | Procedure for application of wear resistant coating on blades of compressor of gas turbine engine (gte) | |
| WO2000017490A2 (en) | Methods for repairing and reclassifying airfoil parts | |
| KR19990045567A (en) | Gas turbine engine sealing system | |
| RU2552202C2 (en) | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion | |
| Lin et al. | Structural, mechanical, and sand erosion properties of TiN/Zr/ZrN multilayer coatings | |
| Kablov et al. | Erosion-resistant coatings for gas turbine engine compressor blades | |
| JP2021501830A (en) | Water droplet erosion resistant coating material for turbine blades and other components | |
| RU2693227C1 (en) | Method of applying erosion-resistant coatings on blisk blizzards of gas turbine engine of titanium alloys | |
| RU2226227C1 (en) | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion | |
| US20040018299A1 (en) | Method of forming a diffusion coating on the surface of a workpiece | |
| Wang et al. | Study on the impact erosion wear resistance and damage evolution of TiN films under different impact cycles | |
| RU2677041C1 (en) | Protective multilayer coating application method on the gas turbine engine blisk blades from the titanium alloy against dust-abrasive erosion | |
| RU2655563C1 (en) | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion | |
| RU2693414C1 (en) | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion | |
| RU2308537C1 (en) | Method of working surface of metallic article | |
| RU2685896C1 (en) | Method for application of protective multi-layer coating on turbo engine working blades from titanium alloy | |
| Mann et al. | Enhanced erosion protection of TWAS coated Ti6Al4V Alloy using boride bond coat and subsequent laser treatment | |
| RU2692356C1 (en) | Method of applying protective coating on blisk blades from titanium alloy | |
| RU2685919C9 (en) | METHOD OF OBTAINING A MULTILAYERED PROTECTIVE COATING ON THE SHOVELS OF MONOCOLES FROM TITANIUM ALLOY FROM PYDOUS EROSION | |
| US20050152805A1 (en) | Method for forming a wear-resistant hard-face contact area on a workpiece, such as a gas turbine engine part |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200727 |