Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2655563C1 - Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion - Google Patents

Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion Download PDF

Info

Publication number
RU2655563C1
RU2655563C1 RU2017129501A RU2017129501A RU2655563C1 RU 2655563 C1 RU2655563 C1 RU 2655563C1 RU 2017129501 A RU2017129501 A RU 2017129501A RU 2017129501 A RU2017129501 A RU 2017129501A RU 2655563 C1 RU2655563 C1 RU 2655563C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
blisk
carried out
plasma
ion
Prior art date
Application number
RU2017129501A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Смыслов
Юрий Михайлович Дыбленко
Марина Константиновна Смыслова
Аскар Джамилевич Мингажев
Василий Андреевич Гонтюрев
Алексей Валерьевич Олейник
Александр Витальевич Гумеров
Вячеслав Юрьевич Гордеев
Константин Сергеевич Селиванов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2017129501A priority Critical patent/RU2655563C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2655563C1 publication Critical patent/RU2655563C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating 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
    • C23C28/02Coating 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 only coatings only including layers of metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48Ion 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)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: motors and pumps.
SUBSTANCE: performing the hardening treatment with microspheres, polishing of the blisk blades edges, blisk blades surface layer material ion-plasma modification with the ion-plasma multilayer coating subsequent application with a specified number of the layers pairs in the form of titanium with metal layer and a layer of titanium with a metal and nitrogen compounds. Before the surface layer ion-plasma modification, performing the blisk surface electrolyte-plasma polishing. Surface layer Ion-plasma modification is carried out with nitrogen ions at an energy from 0.2 keV to 2.5 keV, dose of 1.5⋅1019 cm-2 up to 2.5⋅1019 cm-2, current strength from 0.1 mA/cm2 up to 3 mA/cm2, at a current frequency of 70 to 100 kHz. When coating application, as a metal in the titanium with a metal layers and in the titanium with a metal and nitrogen compounds layers vanadium is used. In the process of ion-plasma treatment, the blisk is rotated relative to its longitudinal axis, giving it oscillatory movements ensuring its entire working surface processing.
EFFECT: proposed is a method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion.
11 cl, 1 ex

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 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 working blades of a monowheel of a gas turbine engine made of titanium alloys from erosion damage 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, С23С 14/34, опубл. 10.11.2002).A known method of vacuum ion-plasma coating on a substrate in an inert gas medium, including creating a difference in electric potentials between the substrate and the cathode and cleaning the surface of the substrate with an ion stream, reducing the potential difference and coating, annealing the coating by increasing the potential difference, the ion flux and the flow of evaporated material going from the cathode to the substrate is shielded, cleaning is carried out with inert gas ions, after cleaning, the screens are removed and the coating is applied in several stages ups to obtain the required thickness (RF patent 2192501, С23С 14/34, publ. 10.11.2002).

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 С23С 14/16, 30/00, С22С 19/05, 21/04, опубл. 20.04.2001).A known method of applying ion-plasma coatings to turbine blades, including sequential vacuum deposition 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, publ. 04/20/2001).

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 surface of the scapula. In addition, with an increase in the thickness of the coating (or of each of the coating layers), the adhesion and fatigue strength of parts with coatings decreases, which impairs 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 rotor blades of the compressor GTE and GTU during operation are exposed 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 to technical titanium, have 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, the turbine blades of these alloys are highly sensitive to voltage concentrators. Therefore, the defects formed in the manufacturing process of these parts are unacceptable, since they cause the occurrence of intense destruction processes. This causes problems when machining surfaces of turbomachine parts. In this regard, the development of methods for producing 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 упрочняющую обработку микрошариками, полирование кромок лопаток блиска, ионную очистку и ионную имплантацию 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 С23С 14/48, опубл. 27.03.2004).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method of protecting the compressor blades of a gas turbine engine from titanium alloys from dust-abrasive erosion, including hardening treatment with microspheres, polishing the edges of the blades of blisk, ion cleaning and ion implantation of a feather blade with subsequent application of an ion-plasma multilayer plasma coating as a given number of pairs of layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of compounds of titanium with metal and nitrogen (RF patent 2226227, IPC С23С 14/48, op bl. 27.03.2004).

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). Кроме того, все вышеперечисленные способы не могут использоваться для упрочнения поверхности лопаток и нанесения покрытий на блиски, поскольку не могут обеспечить однородной обработки всей рабочей поверхности блиска.The main disadvantage of the analogue is the lack of reliability of protection against erosion damage while reducing the endurance limit and cyclic durability. Moreover, the increase of these properties is especially important for such parts made of titanium alloys as compressor blades of gas turbine engines (GTE). In addition, all of the above methods can not be used to harden the surface of the blades and coating on the glare, because they cannot provide uniform processing of the entire working surface 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, при одновременном повышении предела выносливости и циклической долговечности защищаемых деталей.The present invention is the creation of such a multilayer coating, which would be able to effectively protect the glare of gas turbine engines from titanium alloys from erosion 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 лопатокблиска компрессора ГТД к эрозионному разрушению при обеспечении заданной выносливости и циклической долговечности защищаемых элементов блиска за счет обеспечения равномерного нанесения покрытия и равномерной обработки поверхностного слоя рабочей поверхности блиска.The technical result of the proposed method is to increase the resistance of the blade of the GTE compressor to erosion destruction while ensuring the specified endurance and cyclic durability of the protected elements of the blisk by ensuring uniform coating and uniform processing of the surface layer of the working surface of the blisk.

Технический результат достигается тем, что в способе защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии, включающем упрочняющую обработку микрошариками, полирование кромок лопаток блиска, ионно-плазменную модификацию 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, в отличие от прототипа перед ионно-плазменной модификацией поверхностного слоя проводят электролитно-плазменное полирование поверхности блиска путем приложения к нему электрического потенциала от 320 В до 360 В с использованием в качестве электролита 2-7% водного раствора смеси NH4F и KF при содержании NH4F от 16 до 26 вес. %, KF - остальное, при этом ионно-плазменную модификацию поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 0,2 кэВ до 2,5 кэВ, дозой от 1,5⋅1019 см-2 до 2,5⋅1019 см-2, силой тока от 0,1 мА/см2 до 3 мА/см2, при частоте тока от 70 до 100 кГц, а при нанесении покрытия в качестве металла в слоях титана с металлом и в слоях соединений титана с металлом и азотом используют ванадий, причем при ионно-плазменной обработке блиска его вращают относительно его продольной оси с приданием ему колебательных движений, обеспечивающих обработку всей рабочей поверхности блиска, а ионно-плазменную обработку и нанесение покрытия производят одновременно с обеих сторон блиска, причем нанесение титана производят одновременно с двух электродуговых испарителей, расположенных по разные стороны от блиска, а нанесение ванадия с двух электродуговых испарителей, также расположенных с обеих сторон блиска, причем нанесение покрытия осуществляют одновременно со всех четырех упомянутых испарителей.The technical result is achieved in that in a method for protecting a blisk of a gas turbine engine from titanium alloys from dust-abrasive erosion, including hardening by microspheres, polishing the edges of blades of blisk, ion-plasma modification of the material of the surface layer of blades of blisk with subsequent application of an ion-plasma multilayer coating with a given amount layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of compounds of titanium with metal and nitrogen, in contrast to the prototype before ion-plasma modification over The electrolyte-plasma polishing of the blisk surface is carried out by applying an electric potential from 320 V to 360 V using a 2-7% aqueous solution of a mixture of NH 4 F and KF as an electrolyte with an NH 4 F content of 16 to 26 weight. %, KF - the rest, while the ion-plasma modification of the surface layer is carried out by nitrogen ions at energies from 0.2 keV to 2.5 keV, with a dose of 1.5⋅10 19 cm -2 to 2.5⋅10 19 cm - 2 , with a current strength of 0.1 mA / cm 2 to 3 mA / cm 2 , with a current frequency of 70 to 100 kHz, and when coating is used as a metal in layers of titanium with metal and in layers of compounds of titanium with metal and nitrogen, vanadium, moreover, during ion-plasma treatment of the blisk, it is rotated relative to its longitudinal axis with giving it oscillatory movements, providing processing of the entire working surface blisk, and ion-plasma treatment and coating are carried out simultaneously on both sides of the blisk, and titanium is applied simultaneously from two electric arc evaporators located on opposite sides of the blisk, and vanadium is applied from two electric arc evaporators, also located on both sides of the blisk, the coating is carried out simultaneously with all four of the mentioned evaporators.

Технический результат достигается также тем, что в способе защиты лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии возможно использование следующих вариантов: при нанесении покрытия используют соотношение титана к ванадию, вес. %: V от 4 до 12, 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 7,0 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; электролитно-плазменное полирование ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°C, в течение от 0,8 до 7 мин; в состав электролита дополнительно вводят 0,3-0,8 вес. % TiF4; после нанесения требуемого количества слоев покрытия проводят отжиг, причем отжиг и нанесение покрытия проводят в одном вакуумном объеме за один технологический цикл.The technical result is also achieved by the fact that in the method of protecting the compressor blades of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust-abrasive erosion, the following options are possible: when applying the coating, the ratio of titanium to vanadium is used, weight. %: V from 4 to 12, 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 compounds of titanium 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 microns to 7.0 microns; applying 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 is carried out in the mode of assisting with nitrogen ions; electrolyte-plasma polishing is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature from 70 ° C to 90 ° C, for a period of 0.8 to 7 minutes; 0.3-0.8 weight is additionally introduced into the electrolyte composition. % TiF 4 ; after applying the required number of coating layers, annealing is carried out, and annealing and coating are carried out in one vacuum volume in one technological cycle.

Процесс электролитно-плазменного полирования деталей из титана и титановых сплавов осуществляется следующим образом. Обрабатываемый блиск из титана или титанового сплава погружают в ванну с водным раствором электролита, прикладывают к нему 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 320 В до 360 В, а в качестве электролита используют 2-7% водный раствор смеси KF и NH4F, при их содержании, вес. %: 80% KF и 20% NH4F. Полирование, в зависимости от параметров блиска и заданной микрогеометрии поверхности, ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2, при температуре от 70°С до 90°С, в течение от 0,8 до 7 мин. 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 блиска в электролите по режимам его обработки 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 electrolyte-plasma polishing of parts made of titanium and titanium alloys is as follows. The processed blisk from titanium or a titanium alloy is immersed in a bath with an aqueous electrolyte solution, a positive electric potential is applied to it, and a negative potential is applied to the electrolyte, as a result of which a discharge arises between the processed product and the electrolyte. The process of electrolyte-plasma polishing is carried out at an electric potential from 320 V to 360 V, and a 2-7% aqueous solution of a mixture of KF and NH 4 F is used as the electrolyte, with their content, weight. %: 80% KF and 20% NH 4 F. Polishing, depending on the blisk parameters and the given surface microgeometry, is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 , at a temperature of 70 ° C to 90 ° C, over a period of 0.8 to 7 minutes. To improve the quality of processing, surfactants in a concentration of 0.4-0.8% or 0.3-0.8% TiF 4 can be added to the electrolyte composition. Before polishing the blisk in the electrolyte according to the processing conditions, auxiliary elements from titanium or a titanium alloy are treated with a washout of the precipitate formed into the electrolyte, and processing of auxiliary elements is carried out until the polishing process is stabilized.

Обработку ведут в среде электролита при поддержании вокруг рабочей поверхности блиска парогазовой оболочки. В качестве ванны используют емкость, выполненную из материала, стойкого к воздействию электролита. Величина pН электролита находится в пределах 4-9. Температура электролита - в диапазоне 70-90°C.The treatment is carried out in an electrolyte environment while maintaining around the working surface the brightness of the vapor-gas shell. As a bath, a container made of a material resistant to electrolyte is used. The pH value of the electrolyte is in the range of 4-9. The electrolyte temperature is in the range of 70-90 ° C.

При осуществлении электролитно-плазменного полирования происходят следующие процессы. Под действием протекающих токов происходит нагрев поверхности детали и образование вокруг нее парогазовой оболочки. Излишняя теплота, возникающая при нагреве детали и электролита, отводится через систему охлаждения. При этом поддерживают заданную температуру процесса. Под действием электрического напряжения (электрического потенциала между деталью и электролитом) в парогазовой оболочке возникает разряд, представляющий из себя ионизированную электролитическую плазму, обеспечивающую протекание интенсивных химических и электрохимических реакций между обрабатываемой деталью и средой парогазовой оболочки.When carrying out electrolyte-plasma polishing, the following processes occur. Under the influence of flowing currents, the surface of the part is heated and a vapor-gas shell forms around it. Excessive heat arising from the heating of the part and the electrolyte is removed through the cooling system. At the same time, the set process temperature is maintained. Under the action of electric voltage (electric potential between the part and the electrolyte), a discharge arises in the vapor-gas shell, which is an ionized electrolytic plasma, which ensures the flow of intensive chemical and electrochemical reactions between the treated part and the medium of the gas-vapor shell.

При подаче положительного потенциала на деталь, в процессе протекания указанных реакций, происходит анодирование поверхности детали с одновременным химическим травлением образующегося окисла. Причем при анодной поляризации парогазовый слой состоит из паров электролита, анионов и газообразного кислорода. Поскольку травление происходит, в основном, на микронеровностях, где образуется тонкий слой окисла, а процессы анодирования продолжаются, то в результате совместного действия этих факторов происходит уменьшение шероховатости обрабатываемой поверхности и, как следствие, полирование последней.When a positive potential is applied to the part, during the course of these reactions, the surface of the part is anodized with chemical etching of the formed oxide. Moreover, with anodic polarization, the vapor-gas layer consists of electrolyte vapors, anions, and gaseous oxygen. Since etching occurs mainly on microroughnesses, where a thin oxide layer is formed, and the anodizing processes continue, as a result of the combined action of these factors, the roughness of the treated surface decreases and, as a result, polishing of the latter occurs.

При обработке в электролите 2-7% водного раствора смеси KF и NH4F при их содержании, вес. %: NH4F от 16% до 26%, KF - остальное, поверхность детали покрывается слоем легко растворимого налета из фтористых соединений, образованных вытеснением кислорода (TiO2+F-TiF4). При напряжении от 320 В до 340 В температура разряда достаточно высока для ведения стабильного процесса полирования. Поскольку деталь из-за наличия парогазовой оболочки непосредственно не контактирует с электролитом, то соединение TiF4 испаряется, т.е. полирование ведется через испарение фторированного слоя (Тпл. TiF4=238°C).When processing in an electrolyte 2-7% aqueous solution of a mixture of KF and NH 4 F at their content, weight. %: NH 4 F from 16% to 26%, KF - the rest, the surface of the part is covered with a layer of easily soluble plaque from fluoride compounds formed by the displacement of oxygen (TiO 2 + F-TiF 4 ). At voltages from 320 V to 340 V, the discharge temperature is high enough to conduct a stable polishing process. Since the component does not directly contact the electrolyte due to the vapor-gas shell, the TiF 4 compound evaporates, i.e. polishing is carried out through the evaporation of the fluorinated layer (mp. TiF 4 = 238 ° C).

При обработке блисков целесообразно введение в состав электролита поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ уменьшает коэффициент поверхностного натяжения раствора, что улучшает состояние парогазового слоя на границе «газ-жидкость». Однако не следует создавать значительных концентраций ПАВ, поскольку это может привести к образованию нежелательных несмываемых пленок на поверхности изделия. Кроме того, увеличение концентрации ПАВ может привести к обратному эффекту, т.е. увеличению величины коэффициента поверхностного натяжения раствора. Концентрация основных компонентов электролита является величиной, достаточно варьируемой. При этом нижний предел их концентрации определяется необходимостью обеспечения количественного доминирования ионов фтора над ионами кислорода как в образующейся на поверхности изделия пленке, так и в парогазовой оболочке. Верхний предел концентрации раствора электролита лимитируется увеличением количества образующихся, в процессе обработки, токсичных газообразных продуктов (F-, NH3). Для минимизации джоуль-ленцовых потерь электролит должен обладать достаточной электропроводимостью. При подборе концентрации электролита из диапазона от 2 до 7% водного раствора смеси KF и NH4F (при вес. %: NH4F от 16% до 26%, KF - остальное), а также дополнительных добавок (поверхностно-активные вещества в концентрации 0,4-0,8% или 0,3-0,8%) TiF4) необходимо также учитывать возможность его продолжительного использования без дополнительной корректировки состава.When treating blisk, it is advisable to introduce surfactants into the electrolyte. The introduction of a surfactant reduces the surface tension coefficient of the solution, which improves the state of the gas-vapor layer at the gas-liquid interface. However, significant concentrations of surfactants should not be created, since this can lead to the formation of unwanted indelible films on the surface of the product. In addition, an increase in the concentration of surfactants can lead to the opposite effect, i.e. an increase in the surface tension coefficient of the solution. The concentration of the main components of the electrolyte is a fairly variable value. Moreover, the lower limit of their concentration is determined by the need to ensure the quantitative dominance of fluorine ions over oxygen ions both in the film formed on the surface of the product and in the vapor-gas shell. The upper limit of the concentration of the electrolyte solution is limited by an increase in the number of toxic gaseous products (F-, NH 3 ) formed during processing. To minimize joule-loss, the electrolyte must have sufficient electrical conductivity. When selecting an electrolyte concentration from a range from 2 to 7% aqueous solution of a mixture of KF and NH 4 F (with wt.%: NH 4 F from 16% to 26%, KF - the rest), as well as additional additives (surfactants in concentration of 0.4-0.8% or 0.3-0.8%) TiF 4 ) it is also necessary to take into account the possibility of its continued use without additional adjustment of the composition.

Для оценки стойкости лопаток блиска 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 С23С 14/48, опубл. 27.03.2004), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам нанесения, так и покрытия по предлагаемому способу.To assess the resistance of blades to their resistance to erosion 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 in the prototype method (RF patent 2226227, IPC С23С 14/48, publ. 03/27/2004) , according to the conditions and modes of application described in the prototype method, and the coating according to the proposed method.

Режимы обработки образцов и нанесения покрытия по предлагаемому способуModes of sample processing and coating according to the proposed method

Электролитно-плазменное полирование: электрический потенциал от 320 В до 360 В, 300 В - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 320 В -удовлетворительный результат (У.Р.); 330 В - (У.Р.); 360 В - (У.Р.); 370 В (Н.Р.); электролиты: от 2% до 7% (1% - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 2%; 3%; 5%; 7%; 8% - (Н.Р.); водный раствор смеси KF и NH4F, при их содержании, вес. %: NH4F от 16% до 26% (14% - (Н.Р.); 16%; 20%; 24%; 26%; 28% - (Н.Р.)), KF - остальное.Electrolyte-plasma polishing: electric potential from 320 V to 360 V, 300 V - unsatisfactory result (N.R.); 320 V - satisfactory result (U.R.); 330 V - (U.R.); 360 V - (U.R.); 370 V (N.P.); electrolytes: from 2% to 7% (1% - unsatisfactory result (N.R.); 2%; 3%; 5%; 7%; 8% - (N.R.); an aqueous solution of a mixture of KF and NH 4 F, at their content, wt.%: NH 4 F from 16% to 26% (14% - (N.P.); 16%; 20%; 24%; 26%; 28% - (N.R. )), KF - the rest.

Ионно-плазменная обработка азотом:Ion-plasma treatment with nitrogen:

энергия - 0,1 кэВ (Н.Р.); 0,2 кэВ (У.Р.); 0,7 кэВ (У.Р.); 1,4 кэВ (У.Р.); 2,1 кэВ (У.Р.); 2,5 кэВ (У.Р.); 2,7 кэВ (Н.Р.);energy - 0.1 keV (N.R.); 0.2 keV (U.R.); 0.7 keV (U.R.); 1.4 keV (U.R.); 2.1 keV (U.R.); 2.5 keV (U.R.); 2.7 keV (N.R.);

доза - 1,3⋅1019 см-2 (Н.Р.); 1,5⋅1019 см-2 (У.Р.); 2,5⋅1019 см-2 (У.Р.); 3⋅1019 см-2 (Н.Р.);dose - 1.3⋅10 19 cm-2 (N.R.); 1.5⋅10 19 cm -2 (U.R.); 2.5⋅10 19 cm -2 (U.R.); 3⋅10 19 cm -2 (N.R.);

сила тока - 0,07 мА/см2 (Н.Р.); 0,1 мА/см2 (У.Р.); 0,8 мА/см2 (У.Р.); 1,6 мА/см2 (У.Р.); 2,4 мА/см2 (У.Р.); 3,0 мА/см2 (У.Р.); 3,4 мА/см2 (Н.Р.);current strength - 0.07 mA / cm 2 (N.R.); 0.1 mA / cm 2 (U.R.); 0.8 mA / cm 2 (U.R.); 1.6 mA / cm 2 (U.R.); 2.4 mA / cm 2 (U.R.); 3.0 mA / cm 2 (U.R.); 3.4 mA / cm 2 (N.P.);

частота тока - (от 70 до 100 кГц), 60 кГц (Н.Р.); 70 кГц (У.Р.); 80 кГц (У.Р.); 100 кГц (У.Р.); 110 кГц (Н.Р.).current frequency - (from 70 to 100 kHz), 60 kHz (N.R.); 70 kHz (U.R.); 80 kHz (U.R.); 100 kHz (U.R.); 110 kHz (N.R.).

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, а блиск вращался вокруг собственной продольной оси с совершением колебательных движений. Продольная ось совпадала по ориентации с осью цилиндрической рабочей камеры установки и потоком наносимого материала. Скорость вращения блиска относительно собственной оси составляла от 8 до 10 об/мин. Колебательные движения составляли по 30° по обе стороны от вертикали. 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 layers of titanium compounds with vanadium were applied: from four simultaneously operating separate electric arc evaporators. The location of the evaporators is peripheral, on both sides of the glare, with alternating electric arc vanadium vaporizer with a titanium vaporizer. Electric arc evaporators were located in the peripheral part of the cylindrical working chamber of the ion-plasma installation, and the blisk rotated around its own longitudinal axis with oscillatory movements. The longitudinal axis coincided in orientation with the axis of the cylindrical working chamber of the installation and the flow of the applied material. The blisk’s rotation speed relative to its own axis was from 8 to 10 rpm. Oscillatory movements were 30 ° on either side of the vertical. Layers of titanium compounds with vanadium were applied in the mode of assisting with argon ions, and layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen were carried out in the mode of assisting with nitrogen ions.

Толщина слоя титана с ванадием (0,2 мкм до 0,3 мкм): 0,1 мкм (Н.Р.); 0,2 мкм (У.Р.) 0,3 мкм (У.Р.); 0,5 мкм (Н.Р.). Толщина слоя соединений титана с ванадия и азотом (1,1 мкм до 2,2 мкм): 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 (от 5 мкм до 7 мкм): 4,0 мкм (Н.Р.); 5,0 мкм (У.Р.); 7,0 мкм (У.Р.); 8,0 мкм (Н.Р.).The thickness of the titanium layer with vanadium (0.2 μm to 0.3 μm): 0.1 μm (N.R.); 0.2 μm (U.R.) 0.3 μm (U.R.); 0.5 μm (N.R.). The thickness of the layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen (1.1 μm to 2.2 μm): 0.9 μm (N.R.); 1.1 μm (U.R.); 1.5 μm (U.R.); 2.2 μm (U.R.); 2.5 μm (N.R.). Total coating thickness (from 5 μm to 7 μm): 4.0 μm (N.R.); 5.0 μm (U.R.); 7.0 μm (U.R.); 8.0 μm (N.R.).

Общая толщина покрытия-прототипа и покрытия, нанесенного по предлагаемому способу, составляла от 5 мкм до 7 мкм.The total thickness of the coating of the prototype and the coating applied by the proposed method ranged from 5 μm to 7 μm.

После нанесения покрытия проводили отжиг в одном вакуумном объеме установки за один технологический цикл.After coating, annealing was carried out in one vacuum volume of the installation in one technological cycle.

Эрозионная стойкость поверхности образцов исследовалась по методике ЦИАМ (Технический отчет ЦИАМ №10790: Экспериментальное исследование износостойкости вакуумных ионно-плазменных покрытий в запыленном потоке воздуха, 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 8…9 раз.Erosion resistance of the surface of the samples was studied according to the TsIAM method (TsIAM Technical Report No. 10790: Experimental Study of the Wear Resistance of Vacuum Ion-Plasma Coatings in a Dusty Airflow, 1987. - 37 pp.) On a 12G-53 sandblasting jet-ejector type. For blowing, ground quartz sand with a density of p = 2650 kg / m 3 and a hardness of HV = 12000 MPa were used. Blowing was carried out 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 . The test results showed that the erosion resistance of the coatings obtained by the proposed method increased by approximately 8 ... 9 times compared with the prototype coating.

Кроме того, были проведены испытания на выносливость и циклическую долговечность образцов - лопаток, вырезанных из блиска после его ионно-плазменной обработки и нанесения покрытий. Испытывались образцы из следующих 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 465-480 МПа, у образцов, упрочненных по способу-прототипу - 455-470 МПа, а по предлагаемому способу - 490-510 МПа.In addition, endurance and cyclic durability tests were carried out on samples - blades cut from blisk after its ion-plasma treatment and coating. Samples from the following grades of titanium alloys (VT6, VT8, VT8 m, VT41, VT18u, VT31, VT9, VT22, VT25u) were tested in air. As a result of the experiment, the following was established: the conditional endurance limit (-1) of samples in the initial state (without coating) is 465-480 MPa, for samples hardened by the prototype method - 455-470 MPa, and by the proposed method - 490-510 MPa .

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии следующих приемов: ионно-плазменную модификацию материала поверхностного слоя лопаток блиска; последующее нанесение ионно-плазменного многослойного покрытия с заданным количеством пар слоев в виде слоя титана с металлом и слоя соединений титана с металлом и азотом; проведение перед ионно-плазменной модификацией поверхностного слоя электролитно-плазменного полирования поверхности приложением к обрабатываемой детали электрического потенциала от 320 В до 360 В, используя в качестве электролита 2-7% водный раствор смеси NH4F и KF при содержании NH4F от 16 до 26 вес. %, KF - остальное; ионно-плазменную модификацию поверхностного слоя ионами азота при энергии 0,2 кэВ до 2,5 кэВ, дозой от 1,5⋅1019 см-2 до 2,5⋅1019 см-2, силой тока от 0,1 мА/см2 до 3 мА/см2, при частоте тока от 70 до 100 кГц; использование в качестве металла в слоях титана с металлом и в слоях соединений титана с металлом и азотом ванадия, в частности, при соотношении титана к ванадию, вес. %: V от 4 до 12%, остальное - Ti; вращение при ионно-плазменной обработке блиска относительно его продольной оси с приданием ему колебательных движений, обеспечивающих обработку всей рабочей поверхности блиска; проведение ионно-плазменной обработки и нанесение покрытия одновременно с обеих сторон блиска; проведение нанесения титана одновременно с двух электродуговых испарителей, расположенных по разные стороны от блиска и нанесение ванадия с двух электродуговых испарителей, также расположенных с обеих сторон блиска, осуществление нанесения покрытия одновременно со всех четырех упомянутых испарителей; при нанесении слоя титана с ванадием толщиной от 0,2 мкм до 0,3 мкм; при нанесении слоя соединений титана с ванадием и азотом толщиной от 1,1 мкм до 2,2 мкм при общей толщине покрытия от 5,0 мкм до 7,0 мкм; осуществление нанесения слоев соединений титана с ванадием в режиме ассистирования ионами аргона, а слоев соединений титана с ванадием и азотом в режиме ассистирования ионами азота; ведение электролитно-плазменного полирования при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°С в течение от 0,8 до 7 мин; дополнительное введение в состав электролита 0,3-0,8 вес. % TiF4; после нанесения требуемого количества слоев покрытия проведение отжига; проведение отжига и нанесения покрытия в одном вакуумном объеме за один технологический цикл, позволяет повысить стойкость лопаток блиска компрессора ГТД к эрозионному разрушению при обеспечении заданной выносливости и циклической долговечности защищаемых элементов блиска за счет обеспечения равномерного нанесения покрытия и равномерной обработки поверхностного слоя рабочей поверхности блиска.Thus, the comparative tests showed that the following techniques are used in the method for protecting the blisk of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust-abrasive erosion: ion-plasma modification of the material of the surface layer of blaze blades; subsequent deposition of an ion-plasma multilayer coating with a given number of pairs of layers in the form of a layer of titanium with metal and a layer of compounds of titanium with metal and nitrogen; conducting electrolyte-plasma polishing of the surface before ion-plasma modification of the surface layer by applying an electric potential from 320 V to 360 V to the workpiece, using a 2-7% aqueous solution of a mixture of NH 4 F and KF as an electrolyte with an NH 4 F content of 16 to 26 weight. %, KF - the rest; ion-plasma modification of the surface layer with nitrogen ions at energies of 0.2 keV to 2.5 keV, dose from 1.5⋅10 19 cm -2 to 2.5⋅10 19 cm -2 , current from 0.1 mA / cm 2 to 3 mA / cm 2 , at a frequency of current from 70 to 100 kHz; use as a metal in layers of titanium with metal and in layers of compounds of titanium with metal and nitrogen, vanadium, in particular, with a ratio of titanium to vanadium, weight. %: V from 4 to 12%, the rest is Ti; rotation during ion-plasma processing of the blisk relative to its longitudinal axis with giving it oscillatory movements, providing processing of the entire working surface of the blisk; conducting ion-plasma treatment and coating simultaneously on both sides of the blisk; applying titanium simultaneously from two electric arc evaporators located on opposite sides of the blisk and applying vanadium from two electric arc evaporators also located on both sides of the blisk, applying coating simultaneously from all four mentioned evaporators; when applying a layer of titanium with vanadium with a thickness of 0.2 μm to 0.3 μm; when applying a layer of titanium compounds with vanadium and nitrogen with a thickness of 1.1 microns to 2.2 microns with a total coating thickness of 5.0 microns to 7.0 microns; the application of layers of titanium compounds with vanadium in the mode of assisting with argon ions, and layers of titanium compounds with vanadium and nitrogen in the mode of assisting with nitrogen ions; conducting electrolyte-plasma polishing at a current of 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature of 70 ° C to 90 ° C for 0.8 to 7 minutes; additional introduction to the composition of the electrolyte 0.3-0.8 weight. % TiF 4 ; after applying the required number of coating layers, annealing; Carrying out annealing and coating in one vacuum volume in one technological cycle, allows to increase the resistance of blades of the blades of the GTE compressor to erosion destruction while ensuring the specified endurance and cyclic durability of the protected blisk elements by ensuring uniform coating and uniform processing of the surface layer of the blisk working surface.

Claims (11)

1. Способ защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии, включающий упрочняющую обработку микрошариками, полирование кромок лопаток блиска, ионно-плазменную модификацию 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, отличающийся тем, что перед ионно-плазменной модификацией поверхностного слоя проводят электролитно-плазменное полирование поверхности блиска путем приложения к нему электрического потенциала от 320 В до 360 В с использованием в качестве электролита 2-7% водного раствора смеси NH4F и KF при содержании NH4F от 16 до 26 вес. %, KF - остальное, при этом ионно-плазменную модификацию поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 0,2 кэВ до 2,5 кэВ, дозе от 1,5⋅1019 см-2 до 2,5⋅1019 см-2, силе тока от 0,1 мА/см2 до 3 мА/см2, при частоте тока от 70 до 100 кГц, а при нанесении покрытия в качестве металла в слоях титана с металлом и в слоях соединений титана с металлом и азотом используют ванадий, причем в процессе ионно-плазменной обработки осуществляют вращение блиска относительно его продольной оси с приданием ему колебательных движений с обеспечением обработки всей рабочей поверхности блиска, при этом ионно-плазменную обработку и нанесение покрытия выполняют одновременно с обеих сторон блиска, причем нанесение покрытия осуществляют одновременно с четырех испарителей, при этом для нанесения титана используют два электродуговых испарителя, которые располагают по разные стороны от блиска, и для нанесения ванадия используют два электродуговых испарителя, расположенных с обеих сторон блиска.1. A method of protecting the blisk of a gas turbine engine made of titanium alloys from dust-abrasive erosion, including hardening by microspheres, polishing the edges of blades of blades, ion-plasma modification of the material of the surface layer of blades of blisk with subsequent application of an ion-plasma multilayer coating with a given 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, characterized in that before the ion-plasma modification of the surface layer, electrolyte-plasma is carried out the second polishing of the surface of the blisk by applying an electric potential from 320 V to 360 V to it using 2-7% aqueous solution of a mixture of NH 4 F and KF as an electrolyte with an NH 4 F content of 16 to 26 weight. %, KF - the rest, while the ion-plasma modification of the surface layer is carried out by nitrogen ions at energies from 0.2 keV to 2.5 keV, dose from 1.5⋅10 19 cm -2 to 2.5⋅10 19 cm - 2 , a current strength of 0.1 mA / cm 2 to 3 mA / cm 2 , with a current frequency of 70 to 100 kHz, and when coating is used as a metal in layers of titanium with metal and in layers of compounds of titanium with metal and nitrogen, vanadium, moreover, in the process of ion-plasma treatment, the blisk is rotated relative to its longitudinal axis to give it oscillatory movements, ensuring the processing of the entire working the surface of the blisk, while the ion-plasma treatment and coating are performed simultaneously on both sides of the blisk, and the coating is carried out simultaneously from four evaporators, while for applying titanium, two electric arc evaporators are used that are located on opposite sides of the blisk, and for applying vanadium use two electric arc evaporators located on both sides of the blisk. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нанесении покрытия обеспечивают соотношение титана к ванадию, вес. %: V от 4 до 12, 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 7,0 мкм.2. The method according to p. 1, characterized in that when applying the coating provide a ratio of titanium to vanadium, weight. %: V from 4 to 12, 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 compounds of titanium 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 microns to 7.0 microns. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 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.3. The method according to p. 1, characterized in that the deposition of 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. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что 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.4. The method according to p. 2, characterized in that the deposition of 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. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электролитно-плазменное полирование ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°С в течение от 0,8 до 7 мин.5. The method according to p. 1, characterized in that the electrolyte-plasma polishing is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature from 70 ° C to 90 ° C for from 0 , 8 to 7 minutes 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что электролитно-плазменное полирование ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°С в течение от 0,8 до 7 мин.6. The method according to p. 2, characterized in that the electrolyte-plasma polishing is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature from 70 ° C to 90 ° C for from 0 , 8 to 7 minutes 7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что электролитно-плазменное полирование ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°С в течение от 0,8 до 7 мин.7. The method according to p. 3, characterized in that the electrolyte-plasma polishing is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature from 70 ° C to 90 ° C for from 0 , 8 to 7 minutes 8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что электролитно-плазменное полирование ведут при величине тока от 0,2 А/дм2 до 0,5 А/дм2 и температуре от 70°С до 90°С в течение от 0,8 до 7 мин.8. The method according to p. 3, characterized in that the electrolyte-plasma polishing is carried out at a current value from 0.2 A / dm 2 to 0.5 A / dm 2 and a temperature from 70 ° C to 90 ° C for from 0 , 8 to 7 minutes 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что в состав электролита дополнительно вводят 0,3-0,8 вес. % TiF4.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the composition of the electrolyte is additionally introduced 0.3-0.8 weight. % TiF 4 . 10. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что после нанесения требуемого количества слоев покрытия проводят отжиг, причем отжиг и нанесение покрытия проводят в одном вакуумном объеме за один технологический цикл.10. The method according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that after applying the required number of coating layers, annealing is carried out, and the annealing and coating are carried out in one vacuum volume for one technological cycle. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что после нанесения заданного количества слоев покрытия проводят отжиг, причем отжиг и нанесение покрытия проводят в одном вакуумном объеме за один технологический цикл.11. The method according to p. 10, characterized in that after applying a predetermined number of coating layers, annealing is carried out, and annealing and coating are carried out in one vacuum volume in one technological cycle.
RU2017129501A 2017-08-18 2017-08-18 Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion RU2655563C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129501A RU2655563C1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129501A RU2655563C1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655563C1 true RU2655563C1 (en) 2018-05-28

Family

ID=62560564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129501A RU2655563C1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655563C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694941C1 (en) * 2018-10-09 2019-07-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Blisk blades electropolishing method and working container for its implementation
RU2700229C1 (en) * 2018-10-09 2019-09-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Blisk blades electropolishing method
RU2768945C1 (en) * 2021-10-27 2022-03-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2375493C1 (en) * 2008-05-04 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method of application of ion-plasma coating
US20100075172A1 (en) * 2006-04-19 2010-03-25 Ropal Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate
US8580354B2 (en) * 2007-07-11 2013-11-12 Applied Materials, Inc. Plasma treatment of substrates prior to deposition
RU2585599C1 (en) * 2015-03-02 2016-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for protection of turbomachine blade made from alloyed steel against erosion and salt corrosion
US20170030204A1 (en) * 2010-05-28 2017-02-02 Vladimir Gorokhovsky Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery
WO2017100911A1 (en) * 2014-12-17 2017-06-22 Jonathan Webster Conditioning method of gas turbine engine components for increasing fuel efficiency.

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US20100075172A1 (en) * 2006-04-19 2010-03-25 Ropal Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate
US8993119B2 (en) * 2006-04-19 2015-03-31 Ropal Europe Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate
US8580354B2 (en) * 2007-07-11 2013-11-12 Applied Materials, Inc. Plasma treatment of substrates prior to deposition
RU2375493C1 (en) * 2008-05-04 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method of application of ion-plasma coating
US20170030204A1 (en) * 2010-05-28 2017-02-02 Vladimir Gorokhovsky Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery
WO2017100911A1 (en) * 2014-12-17 2017-06-22 Jonathan Webster Conditioning method of gas turbine engine components for increasing fuel efficiency.
RU2585599C1 (en) * 2015-03-02 2016-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for protection of turbomachine blade made from alloyed steel against erosion and salt corrosion

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694941C1 (en) * 2018-10-09 2019-07-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Blisk blades electropolishing method and working container for its implementation
RU2700229C1 (en) * 2018-10-09 2019-09-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Blisk blades electropolishing method
RU2768945C1 (en) * 2021-10-27 2022-03-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion

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
RU2373306C2 (en) Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys
RU2552201C2 (en) Method of improving erosion resistance of compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloys
Muraleedharan et al. Surface modification of pure titanium and Ti 6A1 4V by intensified plasma ion nitriding
RU2655563C1 (en) Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion
RU2161661C1 (en) Method of applying wear-resistant coatings and improvement of durability of parts
Molaei et al. Sodium aluminate concentration effects on microstructure and corrosion behavior of the plasma electrolytic oxidation coatings on pure titanium
Mashtalyar et al. Polymer-containing layers formed by PEO and spray-coating method
TW202020237A (en) Anodized titanium material and production method therefor
RU2552203C2 (en) Method of grinding parts made from titanium alloys
RU2461667C1 (en) Method of electrolytic-plasma grinding of parts from titanium and its alloys
JP4512603B2 (en) Halogen gas resistant semiconductor processing equipment components
RU2281194C1 (en) Method of reconditioning of machine parts
Cheretaeva et al. Improvement of protective oxide layers formed by high-frequency plasma electrolytic oxidation on Mg-RE alloy with LPSO-phase
RU2706263C1 (en) Method of electrolytic-plasma polishing of articles from titanium and iron-chromium-nickel alloys
RU2467098C1 (en) Method of plasma-electrolytic removal of coatings from titanium nitrides or those of compounds of titanium with metals
Xin et al. Corrosion and wear properties of micro-arc oxidation treated Ti6Al4V alloy prepared by selective electron beam melting
RU2495966C1 (en) Method of grinding parts made from titanium alloys
RU2682265C1 (en) Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy
RU2533223C1 (en) Method for gas turbine blade processing
RU2693414C1 (en) Method of protecting blisk of gas turbine engine from titanium alloys against dust abrasive erosion
RU2768945C1 (en) Method for protecting titanium alloy compressor blades of a gas turbine engine from dust-abrasive erosion
Yang et al. Influence of silicate concentration in electrolyte on the growth and performance of plasma electrolytic oxidation coatings prepared on low carbon steel
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