RU2768945C1 - Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion - Google Patents
Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768945C1 RU2768945C1 RU2021131332A RU2021131332A RU2768945C1 RU 2768945 C1 RU2768945 C1 RU 2768945C1 RU 2021131332 A RU2021131332 A RU 2021131332A RU 2021131332 A RU2021131332 A RU 2021131332A RU 2768945 C1 RU2768945 C1 RU 2768945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- vanadium
- ion
- carried out
- layers
- Prior art date
Links
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
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- 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
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (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 компрессора ГТД из титановых сплавов от эрозионного разрушения при одновременном повышении выносливости и циклической долговечности.SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering and can be used in aircraft engine building and power turbine building to protect the feather of GTE compressor working blades made of titanium alloys from erosive destruction while increasing endurance and cyclic durability.
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, 10.11.2002].A known method of vacuum ion-plasma coating on a substrate in an inert gas environment, including the creation of an electrical potential difference between the substrate and the cathode and cleaning the surface of the substrate with an ion flux, reducing the potential difference and coating, conducting coating annealing by increasing the potential difference, and the ion flux and the flow of evaporating material from the cathode to the substrate is shielded, the cleaning is carried out with inert gas ions, after cleaning the screens are removed and the coating is applied in several stages until the required thickness is obtained [RF Patent 2192501, C23C 14/34, 10.11.2002].
Известен также 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, 20.04.2001).There is also known a method of applying ion-plasma coatings on turbine blades, including sequential deposition in vacuum of the first layer of titanium with a thickness of 0.5 to 5.0 μm, then applying a second layer of titanium nitride with a thickness of 6 μm (RF Patent 2165475, IPC C23C 14/ 16, 30/00, C22C 19/05, 21/04, 20.04.2001).
Основным недостатком этого способа является недостаточно высокая эрозионная стойкость поверхности пера 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 insufficiently high erosion resistance of the blade airfoil surface. In addition, with an increase in the thickness of the coating (or each of the coating layers), the adhesion and fatigue strength of coated parts decreases, which worsens their service 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.)The working blades of the GTE and GTU compressor, during operation, are subjected to significant dynamic and static loads, as well as corrosion and erosion destruction. Based on the requirements for operational properties, titanium alloys are used for the manufacture of gas turbine compressor blades, which, compared with technical titanium, have a higher strength, including at high temperatures, while maintaining a 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 made of these alloys are highly sensitive to stress concentrators. Therefore, defects formed during the manufacture of these parts are unacceptable, since they cause the occurrence of intense destruction processes. This causes problems in the machining of surfaces of turbomachine parts. In this regard, the development of methods for obtaining high-quality surfaces of turbomachine parts is a very urgent task.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии, включающий полирование и ионно-имплантационную обработку пера лопатки с последующим нанесением на перо лопатки 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, 27.03.2004).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a method of protecting the blades of a compressor of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust erosion, including polishing and ion-implantation processing of the blade feather, followed by applying an ion-plasma multilayer coating to the blade feather in the form of a given number of pairs of layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen (RF Patent 2226227, IPC C23C 14/48, 03/27/2004).
Основным недостатком аналога является недостаточная надежность защиты от эрозионного разрушения при одновременном снижении предела выносливости, циклической долговечности. При этом повышение указанных свойств особенно важно для таких деталей из титановых сплавов, как компрессорные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД).The main disadvantage of the analogue is the lack of reliability of protection against erosion damage while reducing the endurance limit, cyclic durability. At the same time, the improvement of these properties is especially important for such parts made of titanium alloys as compressor blades of gas turbine engines (GTEs).
Задачей настоящего изобретения является создание такого многослойного покрытия, которое было бы способно эффективно защищать лопатки из титановых сплавов от эрозионного износа в условиях воздействия газовых потоков, содержащих абразивные частицы, при одновременном повышении предела выносливости и циклической долговечности защищаемых деталей.The objective of the present invention is to create such a multilayer coating that would be able to effectively protect blades made of titanium alloys from erosive wear under the influence of gas flows containing abrasive particles, while increasing the endurance limit and cyclic durability of the protected parts.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение стойкости лопаток компрессора ГТД к эрозионному разрушению при при обеспечении заданной выносливости и циклической долговечности защищаемых деталей.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of the GTE compressor blades to erosive destruction while providing the specified endurance and cyclic durability of the protected parts.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии, включающем полирование и ионно-имплантационную обработку пера лопатки с последующим нанесением на перо лопатки ионно-плазменного многослойного покрытия в виде заданного количества пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом, в отличие от прототипа, ионно-имплантационную обработку лопаток проводят ионами азота при энергии от 20 до 26 кэВ, дозой от 1,5·1017 до 2,3·1017 см-2, покрытие наносят с соотношением титана к ванадию в слоях, мас.%: V от 14 до 28, остальное - Ti, причем слой титана с ванадием наносят толщиной от 0,2 до 0,4 мкм, а слой соединений титана с ванадием и азотом наносят толщиной от 0,9 до 2,1 мкм при общей толщине многослойного покрытия от 6,0 до 15,0 мкм.The technical result is achieved by the fact that in a method for protecting the blades of a compressor of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust-abrasive erosion, including polishing and ion-implantation treatment of the blade airfoil, followed by applying an ion-plasma multilayer coating on the blade airfoil in the form of a given number of pairs of layers in the form of a titanium layer with metal and a layer of titanium compounds with metal and nitrogen, unlike the prototype, ion-implantation treatment of the blades is carried out with nitrogen ions at an energy of 20 to 26 keV, a dose of 1.5 10 17 to 2.3 10 17 cm -2 , the coating is applied with the ratio of titanium to vanadium in layers, wt.%: V from 14 to 28, the rest is Ti, and the layer of titanium with vanadium is applied with a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and the layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen applied with a thickness of 0.9 to 2.1 µm with a total thickness of the multilayer coating of 6.0 to 15.0 µm.
Технический результат достигается также тем, что в способе защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии возможно использование следующих вариантов: полирование поверхности пера лопатки ведут электролитно-плазменным методом путем приложения к нему электрического потенциала от 280 до 300 В, при температуре от 70 до 90°С, при величине тока от 0,4 до 0,6 А/см2. используя в качестве электролита водный раствор с содержанием от 3 до 7 мас.% гидроксиламина солянокислого и содержанием от 0,7 до 0,8 мас.% NaF или KF; нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляют с использованием, по крайней мере двух, одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей, один из которых выполнен из ванадия, а другой - из титана, причем упомянутые электродуговые испарители располагают в периферийной части цилиндрической рабочей камеры ионно-плазменной установки, а лопатки компрессора вращают одновременно вокруг собственной оси и относительно оси рабочей камеры установки и перемещают относительно электродуговых испарителей, при этом скорость вращения лопаток компрессора относительно собственной оси составляет от 8 до 40 об/мин, а относительно оси камеры установки - от 2 до 8 об/мин; 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; перед полированием проводят упрочняющую обработку лопаток виброабразивным шлифованием.The technical result is also achieved by the fact that in the method of protecting the blades of a compressor of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust-abrasive erosion, it is possible to use the following options: up to 90°C, at a current value of 0.4 to 0.6 A/cm 2 . using as an electrolyte an aqueous solution containing from 3 to 7 wt.% hydroxylamine hydrochloric acid and a content of 0.7 to 0.8 wt.% NaF or KF; the deposition of layers of titanium compounds with vanadium is carried out using at least two simultaneously operating separate electric arc evaporators, one of which is made of vanadium, and the other is made of titanium, and the mentioned electric arc evaporators are located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the ion-plasma installation, and the compressor blades simultaneously rotate around their own axis and relative to the axis of the working chamber of the installation and move relative to the electric arc evaporators, while the speed of rotation of the compressor blades relative to its own axis is from 8 to 40 rpm, and relative to the axis of the installation chamber - from 2 to 8 rpm min; the deposition of layers of titanium compounds with vanadium is carried out in the mode of assistance with argon ions, and the layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the mode of assistance with nitrogen ions; before polishing, the hardening treatment of the blades is carried out by vibroabrasive grinding.
Для оценки стойкости лопаток газовых турбин к их сопротивлению эрозионному износу 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, 27.03.2004), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам нанесения, так и покрытия по предлагаемому способу.To assess the resistance of gas turbine blades to their resistance to erosive wear, the following tests were carried out. Samples of titanium alloys of grades VT6, VT8, VT8 m, VT41, VT18u, VT31, VT9, VT22, VT25u were coated as per the prototype method (RF patent 2226227, IPC C23C 14/48, 03/27/2004), according to the in the prototype method, the conditions and modes of application, and the coating according to the proposed method.
Режимы обработки образцов и нанесения покрытия по предлагаемому способу.Sample processing and coating modes according to the proposed method.
Электролитно-плазменное полирование: электрический потенциал от 280 В до 300 В: 270 В - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 280 В - удовлетворительный результат (У.Р.); 2900 В - (У.Р.); 300 В - (У.Р.); 310 В (Н.Р.); электролиты: от 3% до 7% гидроксиламина солянокислого (2% - (Н.Р.); 3%- (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7%- (У.Р.); 8% - (Н.Р.); и содержанием от 0,7 до 0,8 мас.% NaF или KF, при содержании, NaF мас.%: (0,6 % - (Н.Р.); 0,7 % - (У.Р.); 0,8 %- (У.Р.); 0,9 % - (Н.Р.)) KF мас.%: (0,6 % - (Н.Р.); 0,7 % - (У.Р.); 0,8 %- (У.Р.); 0,9 % - (Н.Р.))Electrolyte-plasma polishing: electric potential from 280 V to 300 V: 270 V - unsatisfactory result (N.R.); 280 V - satisfactory result (U.R.); 2900 V - (U.R.); 300 V - (U.R.); 310 V (N.R.); electrolytes: from 3% to 7% hydroxylamine hydrochloric acid (2% - (N.R.); 3% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (U.R.) ; 8% - (N.R.); and a content of 0.7 to 0.8 wt.% NaF or KF, with a content, NaF wt.%: (0.6% - (N.R.); 0 .7% - (U.R.), 0.8% - (U.R.), 0.9% - (N.R.)) KF wt.%: (0.6% - (N.R.) .); 0.7% - (U.R.); 0.8% - (U.R.); 0.9% - (N.R.))
Процесс электролитно-плазменного полирования деталей из титана и титановых сплавов осуществляется следующим образом. Обрабатываемую деталь из титана или титанового сплава погружают в ванну с водным раствором электролита, прикладывают к изделию положительный электрический потенциал, а к электролиту - отрицательный, в результате чего достигают возникновения разряда между обрабатываемым изделием и электролитом. Процесс электролитно-плазменного полирования осуществляют при электрическом потенциале от 280 В до 300 В, а в качестве электролита используют водный раствор с содержанием от 3 до 7 мас.% гидроксиламина солянокислого и содержанием от 0,7 до 0,8 мас.% NaF или KF. Полирование, в зависимости от параметров детали и заданной микрогеометрии поверхности, ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2, при температуре от 70°C до 90°C, в течение от 0,8 до 7 мин. Полируемой деталью может быть лопатка турбомашины. Для повышения качества обработки в состав электролита могут быть дополнительно введены поверхностно-активные вещества в концентрации 0,4-0,8% или 0,3-0,8% TiF4. Перед полированием детали в электролите по режимам обработки детали из титана или титановых сплавов обрабатывают вспомогательные элементы из титана или титанового сплава со смывом образовавшегося осадка в электролит, причем обработку вспомогательных элементов ведут до стабилизации процесса полирования.The process of electrolytic-plasma polishing of parts made of titanium and titanium alloys is carried out as follows. A workpiece made of titanium or a titanium alloy is immersed in a bath with an aqueous electrolyte solution, a positive electric potential is applied to the product, and a negative one is applied to the electrolyte, as a result of which a discharge occurs between the workpiece and the electrolyte. The process of electrolytic-plasma polishing is carried out at an electric potential from 280 V to 300 V, and an aqueous solution with a content of 3 to 7 wt.% hydroxylamine hydrochloric acid and a content of 0.7 to 0.8 wt.% NaF or KF is used as an electrolyte . Polishing, depending on the parameters of the part and the specified surface microgeometry, is carried out at a current value of 0.2 A/dm 2 to 0.5 A/dm 2 , at a temperature of 70°C to 90°C, for 0.8 up to 7 min. The part to be polished may be a turbomachine blade. To improve the quality of processing in the composition of the electrolyte can be additionally introduced surfactants at a concentration of 0.4-0.8% or 0.3-0.8% TiF 4 . Before polishing the part in the electrolyte, according to the processing modes, the parts made of titanium or titanium alloys are treated with auxiliary elements made of titanium or titanium alloy with the formed precipitate washed into the electrolyte, and the processing of the auxiliary elements is carried out until the polishing process stabilizes.
Ионная имплантация ионами азота: энергия 18 кэВ (Н.Р.); 20 кэВ (У.Р.); 22 кэВ (У.Р.); 24 кэВ (У.Р.); 26 кэВ (У.Р.); 29 кэВ (Н.Р.); доза - 1,3·1017 см-2 (Н.Р.); 1,5·1017 см-2 (У.Р.); 1,8·1017 см-2 (У.Р.); 2,1·1017 см-2 (У.Р.); 2,3·1017 см-2 (У.Р.); 2,5·1017 см-2 (Н.Р.); Ion implantation with nitrogen ions: energy 18 keV (N.R.); 20 keV (U.R.); 22 keV (U.R.); 24 keV (U.R.); 26 keV (U.R.); 29 keV (N.R.); dose - 1.3·10 17 cm -2 (N.R.); 1.5 x 10 17 cm -2 (U.R.); 1.8 x 10 17 cm -2 (U.R.); 2.1 10 17 cm -2 (U.R.); 2.3×10 17 cm -2 (U.R.); 2.5 x 10 17 cm -2 (N.R.);
Нанесение слоев соединений титана с ванадием осуществляли: с из двух и из четырех, поочередно или одновременно работающих раздельных электродуговых испарителей. Расположение испарителей - периферийное, с чередованием электродугового испарителя из ванадия с испарителем из титана. Электродуговые испарители располагались в периферийной части цилиндрической рабочей камеры ионно-плазменной установки, а лопатки компрессора вращались одновременно вокруг собственной оси и относительно оси рабочей камеры установки, обеспечивая перемещение вращающихся относительно своей оси лопаток относительно электродуговых испарителей. Скорость вращения лопаток компрессора относительно собственной оси составляла (от 8 до 40 об/мин): 6 об/мин (Н.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 20 об/мин (У.Р.); 40 об/мин (У.Р.); 50 об/мин (Н.Р.). Вращение лопаток относительно оси камеры установки составляло (от 2 до 8 об/мин): 1 об/мин (Н.Р.); 2 об/мин (У.Р.); 4 об/мин (У.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 12 об/мин (Н.Р.). 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 two and from four, alternately or simultaneously operating separate electric arc evaporators. The location of the evaporators is peripheral, with alternating electric arc evaporator made of vanadium with an evaporator made of titanium. Electric arc evaporators were located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the ion-plasma installation, and the compressor blades rotated simultaneously around their own axis and relative to the axis of the working chamber of the installation, ensuring the movement of the blades rotating relative to their axis relative to the electric arc evaporators. The speed of rotation of the compressor blades relative to its own axis was (from 8 to 40 rpm): 6 rpm (NR); 8 rpm (U.R.); 20 rpm (U.R.); 40 rpm (U.R.); 50 rpm (N.R.). The rotation of the blades relative to the axis of the installation chamber was (from 2 to 8 rpm): 1 rpm (N.R.); 2 rpm (U.R.); 4 rpm (U.R.); 8 rpm (U.R.); 12 rpm (N.R.). The deposition of layers of titanium compounds with vanadium was carried out in the mode of assistance with argon ions, and the layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen are carried out in the mode of assistance with nitrogen ions.
Толщина слоя титана с ванадием (0,2 мкм до 0,4 мкм): 0,1 мкм (Н.Р.); 0,2 мкм (У.Р.); 0,3 мкм (У.Р.); 0,4 мкм (У.Р.); 0,5 мкм (Н.Р.). Толщина слоя соединений титана с ванадия и азотом (0,9 мкм до 2,1 мкм): 0,7 мкм (Н.Р.); 0,9 мкм (У.Р.); 1,5 мкм (У.Р.); 2,1 мкм (У.Р.); 2,3 мкм (Н.Р.). Общая толщина покрытия (от 6,0 мкм до 15,0 мкм): 5,0 мкм (Н.Р.); 6,0 мкм (У.Р.); 7,0 мкм (У.Р.); 10,0 мкм (У.Р.); 12,0 мкм (У.Р.); 15,0 мкм (У.Р.); 18,0 мкм (Н.Р.).Thickness of titanium layer with vanadium (0.2 µm to 0.4 µm): 0.1 µm (N.R.); 0.2 µm (U.R.); 0.3 µm (U.R.); 0.4 µm (U.R.); 0.5 µm (N.R.). Thickness of the layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen (0.9 µm to 2.1 µm): 0.7 µm (N.R.); 0.9 µm (U.R.); 1.5 µm (U.R.); 2.1 µm (U.R.); 2.3 µm (N.R.). Overall coating thickness (from 6.0 µm to 15.0 µm): 5.0 µm (N.P.); 6.0 µm (U.R.); 7.0 µm (U.R.); 10.0 µm (U.R.); 12.0 µm (U.R.); 15.0 µm (U.R.); 18.0 µm (N.R.).
Общая толщина покрытия-прототипа и покрытия, нанесенного по предлагаемому способу, составляла от 6 мкм до 15 мкм.The total thickness of the prototype coating and the coating applied by the proposed method ranged from 6 μm to 15 μm.
Ионную имплантацию проводили как в импульсном, так и непрерывном режимах. В качестве деталей из титановых сплавов использовались лопатки компрессора газотурбинного двигателя и лопатки газотурбинной установки.Ion implantation was carried out in both pulsed and continuous modes. The blades of a compressor of a gas turbine engine and the blades of a gas turbine plant were used as parts made of titanium alloys.
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 10…11 раз.Erosion resistance of the surface of the samples was investigated by the method of CIAM (Technical report CIAM Experimental study of the wear resistance of vacuum ion-plasma coatings in a dusty air flow 10790, 1987. - 37 p.) on a sandblasting unit 12G-53 jet-ejector type. For blowing, ground quartz sand with density p=2650 kg/m 3 and hardness HV=12000 MPa was used. Blowing was carried out at an air-abrasive flow rate of 195-210 m/s, flow temperature 265-311 K, pressure in the receiving chamber 0.115-0.122 MPa, exposure time - 120 s, 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 in comparison with the prototype coating by approximately 10...11 times.
Кроме того, были проведены испытания на выносливость и циклическую долговечность образцов из вышеприведенных марок титановых сплавов (ВТ6, ВТ8, ВТ8 м, ВТ41, ВТ18у, ВТ31, ВТ9, ВТ22, ВТ25у) на воздухе. В результате эксперимента установлено следующее: условный предел выносливости (-1) образцов в исходном состоянии (без покрытия) составляет 470-490 МПа, у образцов, упрочненных по способу-прототипу - 460-470 МПа, а по предлагаемому способу - 490-510 МПа.In addition, tests were carried out for endurance and cyclic durability of samples from the above grades of titanium alloys (VT6, VT8, VT8 m, VT41, VT18u, VT31, VT9, VT22, VT25u) in air. As a result of the experiment, the following was established: the conditional endurance limit (-1) of the samples in the initial state (without coating) is 470-490 MPa, for samples hardened according to the prototype method - 460-470 MPa, and according to the proposed method - 490-510 MPa .
Таким образом, предложенный способ защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии позволяет увеличить, по сравнению с прототипом, эрозионную стойкость лопаток из титановых сплавов, что подтверждает заявленный технический результат предлагаемого изобретения - повышение стойкости лопаток компрессора ГТД к эрозионному разрушению при обеспечении заданной выносливости и циклической долговечности защищаемых деталей.Thus, the proposed method of protecting the turbine engine compressor blades made of titanium alloys from dust-abrasive erosion makes it possible to increase, in comparison with the prototype, the erosion resistance of titanium alloy blades, which confirms the claimed technical result of the invention - increasing the resistance of the gas turbine engine compressor blades to erosion damage while providing a given endurance and cyclic durability of protected parts.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021131332A RU2768945C1 (en) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021131332A RU2768945C1 (en) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2768945C1 true RU2768945C1 (en) | 2022-03-25 |
Family
ID=80819577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021131332A RU2768945C1 (en) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2768945C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806569C1 (en) * | 2023-06-29 | 2023-11-01 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for protecting gas turbine engine compressor blade feather made from titanium alloys from gas abrasive wear |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63255357A (en) * | 1987-04-09 | 1988-10-21 | Hitachi Ltd | Turbine moving blade and its production |
| WO1992002658A1 (en) * | 1990-08-01 | 1992-02-20 | Ultracision Inc. | Blade coupler for ultrasonic scalpel |
| RU2552202C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion |
| RU2655563C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion |
| RU2682265C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy |
| RU2693414C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion |
-
2021
- 2021-10-27 RU RU2021131332A patent/RU2768945C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63255357A (en) * | 1987-04-09 | 1988-10-21 | Hitachi Ltd | Turbine moving blade and its production |
| WO1992002658A1 (en) * | 1990-08-01 | 1992-02-20 | Ultracision Inc. | Blade coupler for ultrasonic scalpel |
| RU2552202C2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion |
| RU2655563C1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion |
| RU2693414C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-07-02 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion |
| RU2682265C1 (en) * | 2018-05-28 | 2019-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806569C1 (en) * | 2023-06-29 | 2023-11-01 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for protecting gas turbine engine compressor blade feather made from titanium alloys from gas abrasive wear |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2552202C2 (en) | Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion | |
| RU2161661C1 (en) | Method of applying wear-resistant coatings and improvement of durability of parts | |
| RU2390578C2 (en) | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys | |
| RU2552201C2 (en) | Method of improving erosion resistance of compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloys | |
| RU2430992C2 (en) | Procedure for application of wear resistant coating on blades of compressor of gas turbine engine (gte) | |
| RU2436866C2 (en) | Heat resistant component | |
| RU2228387C2 (en) | Method of application of multi-layer on metal articles | |
| EP0297982B1 (en) | Process for electolytically codepositing a nickel-cobalt matrix with ceramic particles, and coating thus obtained | |
| RU2655563C1 (en) | Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion | |
| RU2226227C1 (en) | Method of protection of steel parts of machines against salt corrosion and dust and drop impingement erosion | |
| RU2768945C1 (en) | Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion | |
| RU2693414C1 (en) | Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion | |
| JP2009102696A (en) | SURFACE TREATMENT METHOD OF Ti-Al-BASED ALLOY, AND Ti-Al-BASED ALLOY OBTAINED THEREBY | |
| RU2478140C2 (en) | Method for obtaining ion-plasma coating on blades of compressor from titanium alloys | |
| RU2682265C1 (en) | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy | |
| RU2308537C1 (en) | Method of working surface of metallic article | |
| Sagalovych et al. | Vacuum-plasma protective coating for turbines blades. | |
| RU2806569C1 (en) | Method for protecting gas turbine engine compressor blade feather made from titanium alloys from gas abrasive wear | |
| RU2677041C1 (en) | Protective multilayer coating application method on the gas turbine engine blisk blades from the titanium alloy against dust-abrasive erosion | |
| EP3054095B1 (en) | Steam turbine and surface treatment method therefor | |
| RU2533223C1 (en) | Method for gas turbine blade processing | |
| RU2685919C1 (en) | Method of obtaining a multi-layer protective coating on the blades of a monowheel from a titanium alloy against dust erosion | |
| RU2413035C2 (en) | Procedure for ion-plasma nano-layer coating on blades of turbo-machines out of alloyed steel | |
| RU2685896C1 (en) | Method for application of protective multi-layer coating on turbo engine working blades from titanium alloy | |
| RU2373302C2 (en) | Method of treatment of turbomachines blades |