• Nie Znaleziono Wyników

Sposób wytwarzania pokryć ochronnych na elementach ze stopów niklu lub kobaltu oraz stopów żelaza lub tytanu zwłaszcza na elementach silników spalinowych

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Sposób wytwarzania pokryć ochronnych na elementach ze stopów niklu lub kobaltu oraz stopów żelaza lub tytanu zwłaszcza na elementach silników spalinowych"

Copied!
6
0
0

Pełen tekst

(1)

PL 16 84 62 B1

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 168462

(13) B1

(21) Numer zgłoszenia:

296171

Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia:

05.10.1992

Rzeczypospolitej Polskiej

(51) IntCl6:

C23C 10/06 C23C 10/34 F02B 77/02 F02F 3/12

(54) Sposób wytwarzania pokryć ochronnych na elementach ze stopów niklu lub kobaltu oraz stopów żelaza lub tytanu zwłaszcza na elementach silników spalinowych

(73) Uprawniony z patentu:

Politechnika Śląska, Gliwice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

18.04.1994 BUP 08/94

(72) Twórcy wynalazku:

Lucjan Swadźba, Tychy, PL Bolesław Formanek, Katowice, PL Adolf Maciejny, Katowice, PL

Bogusław Mendala, Siemianowice, PL Roland Streiff, Marseille, FR

(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.02.1996 WUP 02/96

(74) Pełnomocnik:

Ziółkowska Urszula, Politechnika Śląska

(57)

1. Sposób wytwarzania pokryć ochronnych na elementach ze stopów niklu lub kobaltu

oraz stopów żelaza lub tytanu, zwłaszcza na elementach silników spalinowych, metodą

natryskiwania cieplnego proszkami ceramicznymi lub metaloceramicznymi pokrytymi war-

stwą niklu lub kobaltu lub platyny, przy czym elementy ze stopów żelaza lub tytanu przed

procesem natryskiwania cieplnego poddaje się niklowaniu, kobaltowaniu lub platynowaniu,

znamienny tym, że po procesie natryskiwania cieplnego elementy z uzyskaną powłoką

ceramiczną lub metaloceramiczną poddaje się nasyceniu dyfuzyjnemu.

(2)

S P O S Ó B W Y T W A R Z A N I A P O K R Y Ć O C H R O N N Y C H NA E L E M E N T A C H ZE ST O P Ó W NI KL U LUB K O B A L T U ORAZ ST O P Ó W ŻELAZA LUB TYTANU, Z W Ł A S Z C Z A

NA E L E M E N T A C H SI LN I K Ó W S P A L I N O W Y C H

Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e

1. Sp o s ó b w y t w a r z a n i a p o k r y ć o c h r o n n y c h na e l e m e n t a c h ze st op ów n ik lu lub k o b a l t u oraz s t o p ó w żelaza lub tytanu, z w ł a s z c z a na e l e m e n t a c h s i l n i k ó w s p a l i no wy ch , m e t o d ą n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o p r o s z k a m i c e r a m i c z n y m i lub m e t a l o c e r a m i c z n y m i p o k r y t y m i w a r s t w ą n i k l u lub k ob a l t u lub p la tyny, przy cz ym e l e m e n t y ze s t o p ó w żelaza lub tytanu pr ze d p r o c e s e m n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o p o d d a j e się n i k l o w a n i u , k o b a l t o w a n i u lub p l a t y n o w a n i u , z n a m i e n n y t y m , że po p r o c e s i e n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o e l e m e n t y z u z y s k a n ą p o w ł o k ą c e r a m i c z n ą lub m e t a l o c e r a m i c z n ą p o d d a j e się n a s y c e n i u d y f u z y jn em u.

2. Sp o s ó b w e d ł u g zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m , że p ro ce s d y f u z y j n e g o n a s y c a n i a n a s t ę p u j ą c y po p r o c e s i e n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o pr ow a d z i się w m i e s z a n i n a c h z a w i e r a j ą c y c h s t o p o w e pr o s z k i c h r o m u lub ni kl u lub ż elaza z a l u m i n i u m lub ich d o w o l n e m i e s z a n i n y i/lub o b o j ę t n e w y p e ł n i e n i e w p o s t a c i tl enku alumini um .

3. Sp o s ó b w e d ł u g zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m , że n a s y c a n i e d y f u z y j n e p ro w a d z i si ę m e t o d ą ga zową, k o n t a k t o w ą lub k o n t a k t o w o - g a z o w ą .

4. Sp o s ó b w e d ł u g zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m , że n a s y c a n i e d y f u z y j n e p ro wa dz i si ę me t o d ą n a t r y s k i w a n i a z a w i e s i n c i e k ł y c h z n a s t ę p n y m w y g r z e w a n i e m d y f u zy jn ym .

* * *

P r z e d m i o t e m w y n a l a z k u jest sp os ób w y t w a r z a n i a p o k r y ć o c h r o n n y c h na e l e m e n t a c h ze stopów n i k l u lub k o b a l t u oraz s t o p ó w ż elaza lub ty tanu, z w ł a s z c z a na e l e m e n t a c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h do ich o c h r o n y p r z e d k o r o z j ą w ś r o d o w i s k u z w i ą z k ó w siarki.

Z w i ę k s z e n i e t r w a ł o ś c i e l e m e n t ó w s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h s t o s o w a n y c h w e n e r g e t y c e oraz l o t ­ n ic t w i e , t a k i c h jak ł op at ki k i e r u j ą c e i w ir ujące, k o m o r y sp al an ia i inne o si ą g a się przez z a s t o s o w a n i e w a r s t w o c h r o n n y c h m e t a l o w y c h lub c e r a m i c z n y c h o t r z y m y w a n y c h m e t o d a m i n a s y c e n i a w p ro sz k a c h , n a t r y s k i w a n i a z a w i e s i n y z w y g r z e w a n i e m d y f u z y j n y m oraz n a t r y s k i w a n i a c ie pl ne go .

Z a s a d n i c z y p o s t ę p w o c h r o n i e p o w i e r z c h n i e l e m e n t ó w s i l n i k ó w p o z w a l a j ą c y na z n a c z n e z w i ę ­ k s z e n i e t e m p e r a t u r y ich e k s p l o a t a c j i , a z a t e m na p o d w y ż s z e n i e ich s p r a w n o ś c i , d o k o n a n y został po o p r a c o w a n i u p o k r y ć s t a n o w i ą c y c h b a r i e r y cieplne. Z a s a d n i c z a rola j ak ą o d g r y w a j ą b ar ie ry p o lega za r ó w n o na ich w y s o k i e j o d p o r n o ś c i na k o r o z j ę jak ró w n i e ż na o b n i ż e n i u t e m p e r a t u r y m a t e r i a ł u p od ło ża . Jako m a t e r i a ł barier c i e p l n y c h st os uj e się tlenek glinu or az tl e n e k cy rk on u s t a b i l i z o w a n y t l e n k i e m itru. T le nk i te c h a r a k t e r y z u j ą się wy s o k ą s t a b i l n o ś c i ą t e m p e r a t u r o w ą , a t le ne k c y r k o n u n i s k ą p r z e w o d n o ś c i ą ci eplną. W t e m p e r a t u r z e 1273 do 1473 K, przy s zy bk o ś c i g a z ó w c h a r a k t e r y s t y c z n y c h dla s il ni ka lo t n i c z e g o , s pa de k t e m p e r a t u r y dla p o k r y ć tl e n k u c y r k o ­ nu wy no si 464 K . , p o d c z a s gdy dla stopu ż a r o w y t r z y m a ł e g o 40 K. Wadą p o k r y ć z tl e n k u c yr ko nu je st jego p o d a t n o ś ć do p r z e m i a n p o l i m o r f i c z n y c h , kt ór e p o w o d u j ą zm ia ny o b j ę t o ś c i i niską o d p o r n o ś ć tego typu wa rs tw na c y k l i c z n e zm ie n n e o b c i ą ż e n i a cieplne.

P o k r y c i e tl e n k u g l inu o g ru b o ś c i 0,2 mm p o z w a l a j ą na o b n i ż e n i e t e m p e r a t u r y m a t e r i a ł u p o d ł o ż a o 400°C p o d c z a s gdy po w ł o k a m e t a l o w a 15 razy gr ubsza, p oz w a l a na o b n i ż e n i e t e m p e r a t u r y tego p o d ł o ż a o 300°C. N a j b a r d z i e j i n t e r e s u j ą c a jest m o ż l i w o ś ć z a s t o s o w a n i a p o k r y ć - b a r i e r c i e p ­ l n y c h w o d n i e s i e n i u do ł op a t e k turbin. S t o s u j ą c tego typu wa r s t w y m o ż n a z r e a l i z o w a ć dwa z a s a ­ d n i c z e cele. Po p i e r w s z e mo żn a przy s ta łe j t e m p e r a t u r z e m a t e r i a ł u ł op a t e k p o d w y ż s z y ć t e m ­ p e r a t u r ę g a z ó w p r z e d t u r b i n ą o o k o ł o 100 K co p r o w a d z i do z m n i e j s z e n i a z u ż y c i a p a l i w a o 1,3%.

Po drugie, nie z m i e n i a j ą c t e m p e r a t u r y g a z ó w przed turbiną, m ożna z w i ę k s z y ć t r w a ł o ś ć ło patek c z t e r o k r o t n i e w w yn ik u o b n i ż e n i a t e m p e r a t u r y ich pracy.

(3)

168 462 3

Znane jest z a s t o s o w a n i e p o k r y ć na łopatki tu rbiny p i e r w s z e g o s to pn ia c h ł o d z o n e w w a r u n k a c h e k s p e r y m e n t a l n y c h . Z a s t o s o w a n o p ok ry ci e, w k t ó r y m st re fę z e w n ę t r z n ą s t a n o w i ł y tl en ki Z r O 2 - 12%

Y 2 O3 zaś m i ę d z y w a r s t w a g r a n i c z ą c a z po dł o ż e m mi a ł a skład; Ni - o s n o w a , Cr- 16%, A l - 8% , Y- 0,6 % . T e m p e r a t u r a g a z ów p r z e d t u r b i n ą w y n o s i ł a 1703 K. N i s z c z e n i e p ok r y ć p o l e g a ł o na ich pę ka n i u w m i e j s c u w y s t ę p o w a n i a n a j w i ę k s z y c h n ap r ę ż e ń i t e m p e ra tu ry . N i s z c z e n i e po k r y ć w p r ó b a c h c y k l i ­ c z n e g o u t l e n i a n i a z a c h o d z i p o p r z e z z ł u s z c za ni e wa rs t w y c e r a m i c z n e j na gr a n i c y z m i ę d z y w a r s t w ą . Z na c z n a ró żn ic a we w s p ó ł c z y n n i k a c h r o z s z e r z a l n o ś c i c i e p l n e j p o m i ę d z y m a t e r i a ł e m p o d ł o ż a a p o k r y c i e m c e r a m i c z n y m s t w a r z a k o n i e c z n o ś ć s to so w a n i a w a r s t w p o ś r e d n i c h , k tó re k o m p e n s o w a ł y b y tak zn a c z n e z r ó ż n i c o w a n i e we w s p ó ł c z y n n i k a c h r o z s z e r z a l n o ś c i c i e p ln ej . Znane jest s t o s o w a n i e w a r s t w p o ś r e d n i c h / m i ę d z y w a r s t w / p om i ę d z y wa r s t w ą c e r a m i c z n ą a s t o p e m - m a t e r i a ł e m p o d ł o ż a t a k i c h jak Ni Cr Al Y, Co Cr A l Y , N iC r oraz N i A l . S z c z e g ó l n i e k o r z y s t n e jest s t o s o w a n i e jako mi ę- d z y w a r s t w y z w i ą z k u NiAl, m a j ą c e g o po śr e d n i e w ła sn o ś c i p o m i ę d z y p o d ł o ż e m a w a r s t w ą c e r a m i c z n ą oraz d o s k o n a ł ą p r z y c z e p n o ś ć do p o dłoża.

P ok r y c i a c e r a m i c z n e A l 2O 3 / t l e n e k al um in iu m/ oraz Z r O 2 - 8% Y 2 O 3 j a k r ó w n i e ż m i ę d z y w a r s t w y Ni C rA lY , CoCrAlY, NiAl or az N iC r nanosi się me t o d ą n a t r y s k i w a n i a p l a z m o w e g o w a t m o s f e r z e p o w i e t r z a lub pod o b n i ż o n y m c i ś n i e n i e m . Dla u zy sk a n i a p r z y c z e p n o ś c i p ok ry ć do p o d ł o ż a e l e ­ m e n t y ze s t o p ó w ż a r o w y t r z y m a ł y c h p od d a j e się o br ób ce s t r u m i e n i o w o - c i e r n e j w celu r o z w i n i ę c i a p o w i e r z c h n i .

Znane są p o k r y c i a n a n o s z o n e na e le me nt y tu rb in g a z o w y c h m e t o d ą o d p a r o w a n i a st op u o o k r e ­ ś l o n y m s k ł a d z i e p rzy p o m o c y w i ą z k i el ek tr on ow ej . Są to p o k r y c i a M C r A l Y gd zi e M o z n a c z a jeden z p i e r w i a s t k ó w : Ni, Co, Fe. Jako p r z y k ł a d o w e m oż na p r z y t o c z y ć s to py o d p a r o w a n e w i ą z k ą o n a s ­ t ę p u j ą c y m s kł ad z i e c h e m i c z n y m w % wag.: F e C r A l Y / C r 26-29%, Al 12-14%, Y 0, 6- 0,9%; N i C r A l Y / C r 2 0 - 3 5 % , Al 15-20%, Y 0 , 0 5 - 0 , 3 % ; C o C r A l Y / C r 19-25%, Al 12-15%, Y 0 , 01 -0 ,5 %; N i C o C r A l Y / C r 14-22%, Al 10-13%, Y 0 , 0 1 - 1 , 0 % . W a r s t w y o t r z y m a n e przez o d p a r o w a n i e w i ą z k ą e l e k t r o n o w ą w y k a ­ z uj ą b a r d z o w y s o k ą o d p o r n o ś ć na k o r o z j ę w ś ro do wi sk u z a w i e r a j ą c y m zw ią zk i siarki. T e c h n o l o g i a ich o t r z y m y w a n i a jest b a r d z o s k o m p l i k o w a n a i droga.

O pi s a n e p o w y ż e j m e t o d y o t r z y m y w a n i a pokryć o c h r o n n y c h na e l e m e n t a c h t u r b i n s t a c j o n a r n y c h or az s i l n i k ó w l o t n i c z y c h m a j ą o g r a n i c z o n e z a s t o s o w a n i e z p r z y c z y n , k tó re z o s t a ł y c z ę ś c i o w o op is an e. G łówne p r z y c z y n y o g r a n i c z o n e g o z as t o s o w a n i a p o k r y ć - b a r i e r c i e p l n y c h w o d n i e s i e n i u do ło p a t e k k i e r u j ą c y c h i w i r u j ą c y c h są następu ją ce : sł ab a p r z y c z e p n o ś ć w a r s t w c e r a m i c z n y c h do s to pu ż a r o w y t r z y m a ł e g o , p o m i m o s to so wa n ia wa r s t w p o d k ł a d o w y c h , k o m p e n s u j ą c y c h r ó ż n i c ę w r o z s z e r z a l n o ś c i c i e p l n e j p o k r y c i a i ma te ri ał u podłoża, a d h e z y j n y c h a r a k t e r p o ł ą c z e n i a p o m i ę d z y p o k r y c i e m c e r a m i c z n y m m i ę d z y w a r s t w ą oraz m a t e r i a ł e m p o d ł o ż a , br ak m o ż l i w o ś c i d o k ł a d n e j k o n ­ tr ol i g ru b o ś c i p o k r y c i a . N a j w a ż n i e j s z ą jednak w a d ą t e c h n o l o g i i o t r z y m y w a n i a p o k r y ć jest k o n i e ­ c z n o ś ć r o z w i n i ę c i a p o w i e r z c h n i pr zez o bó b kę s t r u m i e n i o w o - ś c i e r n ą pr z e d n a n i e s i e n i e m p ok ry ci a.

O b r ó b k a s t r u m i e n i o w o - ś c i e r n a p o w o d u j e zn aczną z mi a n ę st an u p o w i e r z c h n i w p r o w a d z a j ą c n a p r ę ż e ­ nia r o z c i ą g a j ą c e b a r d z o n i e k o r z y s t n e z pu nktu w i d z e n i a w y t r z y m a ł o ś c i z m ę c z e n i o w e j łopatek.

P o n a d t o o d d z i a ł y w a n i e s t r u m i e n i e m śc ie r n i w a na ba rd zo p r e c y z y j n i e w y k o n a n e k r a w ę d z i e n a t a r c i a i s p ł y w u ło pa te k p r o w a d z i do ich m e c h a n i c z n e g o u s z k a dz an ia .

N a j w a ż n i e j s z ą w a d ą s t o s o w a n y c h do tyc h c z a s m e t o d o t r z y m y w a n i a p o k r y ć s t a n o w i ą c y c h b a r i e r y c i e p l n e jest brak m o ż l i w o ś c i o c h r o n y przed k o r o z j ą w e w n ę t r z n y c h k a n a ł ó w c h ł o d z ą c y c h łopatek.

Ł o p a t k i c h ł o d z o n e w y k o n y w a n e są ja ko o dl ew an e c i e n k o ś c i e n n e k o n s t r u k c j e z u k ł a d e m s k o m p l i k o ­ w a n y c h k a n a ł ó w c h ł o d z ą c y c h , p r z e z kt ór e p r z e p ł y w a p o w i e t r z e o b n i ż a j ą c t e m p e r a t u r ę p o w i e r z c h n i ło patek. P o w i e r z c h n i e te n a r a ż o n e są r ów n i e ż na k or ozję. D o t y c h c z a s s t o s o w a n a t e c h n o l o g i a n a k ł a d a n i a po k r y ć b a r i e r c i e p l n y c h przez n a t r y s k i w a n i e p l a z m o w e nie p o z w a l a na p o k r y w a n i e w e w n ę t r z n y c h k a n a ł ó w c h ł o d z ą c y c h , d la te go c ie nk ie ś c i a n k i ło p a t e k n a r a ż o n e są na z u ż y c i e k o r o z y j n e . Me to da o t r z y m y w a n i a p o k r y ć o c h r o n n y c h p o l e g a j ą c a na o d p a r o w a n i u s t r o p ó w o o k r e ś l o ­ n y m s k ł a d z i e w i ą z k ą e l e k t r o n o w ą , r ó w n i e ż nie za pewnia m o ż l i w o ś c i o c h r o n y w e w n ę t r z n y c h k a n a ł ó w w ło pa tk ac h . M e t o d a n a s y c a n i a d y f u z y j n e g o st os ow an a jest do o t r z y m y w a n i a w a r s t w d y f u z y j n y c h na b az ie a l u m i n i d k ó w n i k l u w ó w c z a s gdy e le me nt w y k o n a n y j es t z ż a r o w y t r z y m a ł e g o stopu na b a z i e n i k l u bądź a l u m i n i d k ó w k o b a l t u na e l e m e n t a c h w y k o n a n y c h ze s t o p ó w ko baltu. Ro zw ój p o k r y ć d o ­ p r o w a d z i ł do o p r a c o w a n i a w a r s t w d yf uz yj ny ch , kt ó r y c h w ł a s n o ś c i o c h r o n n e są w y ż s z e niż w a r s t w a l u m i n o w y c h , a kt ór e z a w i e r a j ą inne p i e r w ia st wk i z w i ę k s z a j ą c e ich o d p o r n o ś ć na k o r o z j ę w p od -

(4)

4 1 6 8 462

w y ż s z o n e j t e m p e r atu rz e. Os n o w ą tych w a r s t w są alumini d ki . W a r s t w y tego typu noszę na z w ę w a r ­ stw m o d y f i k o w a n y c h i o t r z y m y w a n e są w pr oc es ie : c h r o m o a l u m i n i o w a n i a / w a r s t w y Cr-Al/, k r z e m o a - l u m i n i o w a n i a /w ar s t w y Si-Al/. Do w a r s t w m o d y f i k o w a n y c h z a l i c z a się r ó w n i e ż wa rs tw y Al-Pt o t r z y m y w a n e w pr oc es ie dw ue t a p o w y m . W p i e r w s z y m e tapie na p o w i e r z c h n i ę e l e m e n t u w y k o n a n e g o ze s t o p u n ik lu lub k ob al tu n anosi s i ę m e t o d ą g a l w a n i c z n ą w a r s t w ę p l a t y n y o g ru b o ś c i od 5 do 15

μ

m, po cz ym w e tap ie drugim, p ok r y t y p l a t y n ą element, p o d d a j e się d y f u z y j n e m u a l u m i n i o w a n i u w p r o s z k a c h . Dyf uz yj ne w ar s t w y Al, Al-Si, A l- Cr oraz Al-Pt z n a l a z ł y z a s t o s o w a n i e jako oc hr on a p r z e d k o r o z j ą w p o d w y ż s z o n e j t e m p e r a t u r z e ło pa te k k i e r u j ą c y c h i w i r u j ą c y c h .

E f e k t y w n ą m e t o d ą o t r z y m y w a n i a w a r s t w o c h r o n n y c h - d y f u z y j n y c h Al o ra z Al-Cr - jest m et od a n a t r y s k i w a n i a z a w i es in y z a w i e r a j ą c e j a l u m i n i u m lub aluminium i k r z e m z n a s t ę p n y m w y g r z e w a n i e m d y f u z y j n y m w t e m p e r a t u r z e od 1023 do 1273 K. S t a b i l n o ś ć w a r s t w d y f u z y j n y c h w wy so k i e j t e m p e r a ­

turze z a l e ż y od s kładu c h e m i c z n e g o s t o p u ż a r o w y t r z y m a ł e g o , na k t ó r y m z o s t a ł a otrzymana. W toku e k s p l o a t a c j i w a r s t w n a s t ę p u j e ut ra ta w ł a s n o ś c i o c h r o n n y c h w s k u t e k dy fu z j i a l u m i n i u m do m a ­ t e r i a ł u p o d s t a w o w e g o oraz n iklu lub k o b a l t u na zewnątrz. Dy fu zj a tych p i e r w i a s t k ó w p r o w a d z i p o n a d t o do o b n i ż e n i a w ł a s n o ś c i m e c h a n i c z n y c h elementów.

S p o s ó b w y t w a r z a n i a po k r y ć o c h r o n n y c h w e d ł u g wynalaz ku , zwany w d a l s z e j treści op is u m e t o ­ dą a d h e z y j n o - d y f u z y j n ą , p o l e g a j ą c y na tym, że na e l e m e n t y s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h ze s to pó w n i k l u lub k o b a l t u oraz s to p ó w żelaza lub t yt an u nanosi się m e t o d ą n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o p r o s z k i c e r a m i c z n e lub m e t a l o c e r a m i c z n e p o k r y t e wa r s t w ą ni kl u lub k o b a l t u lub platy ny , przy c z y m e l e m e n t y ze stopów że laza lub t y t a n u pr z ed p r o c e s e m n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o po dd a j e się n i k l o w a n i u , k o b a l t o w a n i u lub p l a t y n o w a n i u , c h a r a k t e r y z u j e się tym, że po p r o c e s i e n a t r y s k i ­ w a n i a c i e p l n e g o e le m e n t y z u z y s k a n ą p o w ł o k ą c e r a m i c z n ą lub m e t a l o c e r a m i c z n ą po d d a j e się n a s y ­ c a n i u d y f u z y j n e m u . Proces d y f u z y j n e g o n a s y c a n i a n a s t ę p u j ą c y po p r o c e s i e n a t r y s k i w a n i a c i e p l ­ n e g o p r o w a d z i się k o r z y s t n i e w m i e s z a n i n a c h z a w i e r a j ą c y c h s t o p o w e p r o s z k i c hr om u lub - niklu lub że la za z a l u m i n i u m lub ich m i e s z a n i n y i/lub ob oj ę t n e w y p e ł n i e n i e w p ostaci t lenku a l u ­ m i n i u m . N a s y c e n i e dy fu z y j n e k o r z y s t n i e p r o w a d z i się m e t o d ą g azową, k o n t a k t o w ą lub k o n t a k t o w o - g a z o w ą , albo m e t o d ą n a t r y s k i w a n i a z a w i e s i n c i e k ł y c h z n a s t ę p n y m w y g r z e w a n i e m d y f u z y jn ym , w t e m p e r a t u r z e od 1273 do 1473 K w cz a s i e od 5 do 40 godzin.

S t w i e r d z o n o n i e o c z e k i w a n i e , że w wy n i k u poddania, u z y s k a n e j po p r o c e s i e n a t r y s k i w a n i a c i e p l n e g o p o w ł o k i c e r a m i c z n e j lub m e t a l o c e r a m i c z n e j , n a s y c a n i u d y f u z y j n e m u s p o s o b e m w ed ł u g w y n a l a z k u o t r z y m u j e się p o k r y c i e a d h e z y j n o - d y f u z y j n e , k t ó r e g o s t r u k t u r a na p o w i e r z c h n i s kłada s ię z z e w n ę t r z n e j s trefy p o k r y c i a c e r a m i c z n e g o lub m e t a l o c e r a m i c z n e g o oraz d y f u z y j n e j st re fy p o m i ę d z y s t r e f ą Z e w n ę t r z n ą a p od ło ż e m . St r e f a p o m i ę d z y s t r e f ą z e w n ę t r z n ą - c e r a m i c z n ą a p o d ł o ­ ż em z aw ie ra fazy a l u m i n i u m i n ik lu l ub a l u m i n i u m i k o b a l t u lub a l u m i n i u m i p la t y n y o ba rd zo s i l n y m d y f u z y j n y m p o ł ą c z e n i u z po dł oż em . S tr ef a d y f u z y j n a łączy z e w n ę t r z n ą s t r e f ę - c e r a m i c z n ą p o p r z e z u t w o r z o n e w niej zw ią z k i a l u m i n i u m z k o b a l t e m lub n i k l e m lub platyną. P o ł ą c z e n i e to ma r ó w n i e ż c h a r a k t e r d yfu zy jn y. Tak w i ę c s po s ó b we d ł u g w y n a l a z k u p o z w a l a w n i e z n a n y d o t y c h ­ c z a s s po s ób o t r z y m a ć p o k r y c i a a d h e z y j n o - d y f u z y j n e o b a r d z o w y s o k i e j p r z y c z e p n o ś c i do po dłoża, bez k o n i e c z n o ś c i s t o s o w a n i a o b ró b k i s t r u m i e n i o w o - ś c i e r n e j el em en t ó w .

U tr at a w ł a s n o ś c i o c h r o n n y c h p rz ez p o k r y c i a s t a n o w i ą c e b a r i e r y c i e p l n e o t r z y m y w a n e w e d ł u g z n a n y c h i s t o s o w a n y c h d o t y c h c z a s t e c h n o l o g i i , polega na ich p ę k a n i u pod w p ł y w e m o b c i ą ż e ń m e ­ c h a n i c z n y c h lub ci ep ln yc h, co je st b a r d z o n i e b e z p i e c z n e s z c z e g ó l n i e dla ł opatek turbin. P o ­ w y ż s z y c h wad p o z b a w i o n y jest s po s ó b o t r z y m y w a n i a p ok ry ć w e d ł u g w y n a l a z k u , gdyż na we t w p r z y ­ p a d k u gdy z ł u s z c z e n i u u l e g n i e z e w n ę t r z n a w a r s t w a c e r a m i c z n a , z n a j d u j ą c a się p on i ż e j w a r s t w a d y f u z y j n a z w i ą z k ó w NiAl lub CoAl lub PtAl s k u t e c z n i e ch r o n i m a t e r i a ł p o d ł o ż a przed o d d z i a ł y ­ w a n i e m a g r e s y w n e j atmosf er y. Z ł u s z c z e n i e p o k r y c i a o t r z y m a n e g o w e d ł u g z na n y c h t e c h n o l o g i i p o ­ w o d u j e o d s ł o n i ę c i e p o d ł o ż a - s t o p u ż a r o w y t r z y m a ł e g o b ar d z o w r a ż l i w e g o na k o r o z j ę w ś r o d o w i s k u z a w i e r a j ą c y m związki siarki.

P o n i ż e j p r z e d s t a w i o n o p r z y k ł a d y i l u s t r u j ą c e sp o s ó b w y t w a r z a n i a a d h e z y j n o - d y f u z y j n y c h p o k r y ć o c h r o n n y c h na e l e m e n t a c h s i l n i k ó w sp al in ow yc h.

(5)

1 6 8 462 5

P r z y k ł a d I. Ł o p a t k ę t ur b i n y ga z o w e j w y k o n a n ą m e t o d ą o d l e w a n i a z w e w n ę t r z n y m i k a ­ na ł a m i c hł o dzą c ymi , ze stopu na b azie ni kl u o s k ł a d z i e c h e m i c z n y m /w % w ag ow y c h / : Ni-osno wa ; 8,0Cr; 1 0 C o ; 6 , OMo; 6 , OA l ; 1 ,OTi; 4,3Ta; 0,1C; 0 , 0 1 5 B ; 0,10Zr; 1 ,5Hf po d d a n o n a t r y s k i w a n i u c i e p l n e m u t le nk i e m c y r k o n u z a w i e r a j ą c y m 8% tl en ku itru. Pr o s z e k do n a t r y s k i w a n i a p o d d a n o u p r z e d n i o g a l w a n i c z n e m u n i k l o w a n i u . N a t r y s k i w a n i e p r o w a d z o n o w a t m o s f e r z e p o w i e t r z a . Ło pa tk a z w a r s t w ą a d h e z y j n ą p o d d a n a zo stała p r o c e s o w i d y f u z y j n e g o n a s y c a n i a w m i e s z a n i n i e do ch ro - m o a l u m i n i o w a n i a w t e m p e r a t u r z e 1323 K. O t r z y m a n o w ten sp o s ó b na ło patce p o k r y c i e oc hr on ne , k t ó r e g o s tr uktura jest n a s t ę p u j ą c a : na p o w i e r z c h n i z e w n ę t r z n e j łopatki p o k r y c i e za w i e r a st r e f ę c e r a m i c z n ą Z r 0 2 x Y 2 O 3 , pod k t ó r ą w y s t ę p u j e st r ef a d y f u z y j n a NiAl s t a n o w i ą c a p o ł ą c z e n i e p o m i ę d z y st r e f ą c e r a m i c z n ą a m a t e r i a ł e m po d ł o ż a łopatki. S t r e f a NiAl na g r a n i c y z p o d ł o ż e m ma s t r u k ­ turę, której c h a r a k t e r y s t y c z n ą c ec hą są ob e c n e w niej w y d z i e l e n i a o w y d ł u ż o n y m k s z t a ł c i e , p r o s t o p a d l e do po wi e r z c h n i . Taka s t r u k t u r a z a p e w n i a w y s o k ą o d p o r n o ś ć na k o r o z j ę oraz dużą p r z y c z e p n o ś ć do podłoża. Ł op a t k a tu rb in y w y k o n a n a ze s topu ż a r o w y t r z y m a ł e g o na b az ie ni kl u p o k r y t a została na z e w n ę t r z n e j p o w i e r z c h n i w a r s t w ą c e r a m i c z n ą s t a n o w i ą c ą b a r i e r ę c i e p l n ą z w i ę k s z a j ą c ą o d p o r n o ś ć na k o r o z j ę w y s o k o t e m p e r a t u r o w ą i o b n i ż a j ą c ą t e m p e r a t u r ę p o w i e r z c h n i łopatki. W k a n a ł a c h c h ł o d z ą c y c h o t r z y m a n o d y f u z y j n ą w a r s t w ę NiAl o w y s o k i e j o d p o r n o ś c i na k or oz ję .

P r z y k ł a d II. Ł o p a t k ę tu rb in y w y k o n a n ą z ż a r o w y t r z y m a ł e g o stopu na b a z i e ni kl u o s k ł a d z i e c h e m i c z n y m /w % w a g o w y c h / : Ni -o sn o w a ; 14Cr; 9,5Co; 4 ,0 Mo; 4 , 0W; 3 , 0 A l ; 5,0Ti; 0,17C;

0,0150; 0,03Zr; z w e w n ę t r z n y m i k an ał am i c h ł o d z ą c y m i p o d d a n o n a t r y s k i w a n i u c i e p l n e m u t l e n k i e m a l u m i n i u m , k tó r e g o ziarna z os t a ł y u p r z e d n i o p o d d a n e n i k l o w a n i u z n a n y m sp os ob em . Ł o p a t k ę z w y t w o r z o n ą na z e w n ę t r z n e j p o w i e r z c h n i p o w ł o k ą A l 2 O 3 -Ni po d d a n o n a s t ę p n i e p r o c e s o w i d y f u z y j ­ nego n a s y c a n i a w pr o s z k u z a w i e r a j ą c y m stop niklu i aluminium o z a w a r t o ś c i 30% w a g o w y c h niklu oraz h a l o g e n k o w y a k t y w a t o r w ilości 1% w a g o w y w st os u n k u do c ię ż a r u proszku. P r o c e s d y f u z y j ­ n eg o n a s y c a n i a p r o w a d z o n o w t e m p e r a t u r z e 1323 K. O b r o b i o n a w ten sp o s ó b ł op at ka p o s i a d a ł a p o k r y c i e zarówno na p o w i e r z c h n i jak r ó w n i e ż w w e w n ę t r z n y c h k a n a ł a c h ch ł o d z ą c y c h . P o w i e r z c h n i a z e w n ę t r z n a łopatki po kr yt a była wa r s t w ą c e r a m i c z n ą A l 2 O 3 z d y f u z y j n y m p o ł ą c z e n i e m z m a t e r i a ­ łem po d ł o ż a p op rz ez z w i ą z e k NiAl p o w s t a j ą c y w p r o c e s i e d y f u z y j n e g o n a s y ca ni a. W k a n a ł a c h c h ł o d z ą c y c h p o w s t a ł a d y f u z y j n a w ar s t w a o c h r o n n a s k ł a d a j ą c a się ze st re fy z e w n ę t r z n e j NiAl oraz p r z e j ś c i o w e j , na g r a n i c y z podło że m, z a w i e r a j ą c a w y d z i e l e n i a o z w i ę k s z o n e j , w s to s u n k u do p od ł o ż a i strefy z e w n ę t r z n e j , k o n c e n t r a c j i ch romu, mo li bd en u, w o l f r a m u i tytanu. O t r z y ma ne p o k r y c i e n adaje ł opatce w y s o k ą o d p o r n o ś ć na k or oz ję , za r ó w n o na p o w i e r z c h n i z e w n ę t r z n e j jak r ó w n i e ż w k a n a ł a c h c h ło d z ą c y c h , w y s o k ą p r z y c z e p n o ś ć do podłoż a. P o n a d t o z a s t o s o w a n e p o k rycie c e r a m i c z n e s tanowi b a r i e r ę c i e p l n ą o b n i ż a j ą c t e m p e r a t u r ę m a t e r i a ł u podłoża.

P r z y k ł a d III. Ł op a t k ę t u r b i n y w y k o n a n ą z ż a r o w y t r z y m a ł e g o stopu na b az ie niklu o s k ł a d z i e c h e m i c z n y m /w % wa gow yc h/ : N i - o s n o w a ; 16Cr; 8 , 5 C o ; 1,0Mo; 2,5W; 3 , 5 A l ; 0,7Nb; 1 ,6Ta;

0,15C, 0 ,008B; i 0,08Zr p od d a n o n a t r y s k i w a n i u c i e p l n e m u przy p o m o c y p i s t o l e t u p l a z m ow eg o, t l e n k i e m a l u m i n i u m z a w i e r a j ą c y m 5% w a g o w y c h n i k l u a n a s t ę p n i e d y f u z y j n e m u a l u m i n i o w a n i u w p r o s z k u stopu ż e l a z o - a l u m i n i u m z a w i e r a j ą c y m 40% w a g o w y c h a l u m i n i u m z d o d a t k i e m 1% w st os u n k u do ci ę ż a r u proszku, h a l o g e n k o w e g o a k t y w at or a. P r o c e s a l u m i n i o w a n i a p r o w a d z o n o w t e m p e r a t u r z e 1323 K. Na p o w i e r z c h n i ł op at ki o t r z y m a n o p o k r yc ie , w k t ó r y m s trefa z e w n ę t r z n a z b u d o w a n a była z tl e n k u a l u m i n i u m s t a n o w i ą c e g o w a r s t w ę b a r i e r o w ą dla p r z e p ł y w u ciepła. P on i ż e j st r e f y z e w ­ n ę t r z n e j , na gr an ic y z p od ło że m, o t r z y m a n o s t r e f ę p r z e j ś c i o w ą NiAl s t a n o w i ą c ą d y f u z y j n e p o ł ą c z e n i e p o m i ę d z y b a r i e r ą w a r s t w o w ą A l 2 O 3 a m a t e r i a ł e m po dłoża. Na gr a n i c y z p o d ł o ż e m w y ­ s t ę p u j ą w y d z i e l e n i a z a w i e r a j ą c e p o d w y ż s z o n ą k o n c e n t r a c j ę chromu, m o l i b d e n u , t y t a n u oraz w o l f ­ ramu. O tr z y m a n e p okr y c i e c h a r a k t e r y z u j e się b a rd zo do br ą o d p o r n o ś c i ą na c y k l i c z n e zmiany t e m ­ pe ra t u r y , b ar dzo do br ą p r z y c z e p n o ś c i ą do p o d ł o ż a oraz p o w o d u j e k o r z y s t n e o b n i ż e n i e t e m p e r a ­ tury p o w i e r z c h n i m a t e r i a ł u łopatki.

P r z y k ł a d IV. Ło pa t k ę tu r b i n y w y k o n a n ą m e t o d ą o d l e w a n i a ze s to pu na ba zi e ni kl u o s k ł a d z i e c h e m i c z n y m /w % wa go wy ch /: N i - o s n o w a ; 10,2Cr; 5 , 3 A l ; 2,8Ti; 3 , 7 M o ; 5,2W; 4 , 7 C o ; 0 , 1 4 C ; z w e w n ę t r z n y m i k a n a ł a m i c h ł o d z ą c y m i p o d d a n o n a t r y s k i w a n i u c i e p l n e m u pr zy p o m o c y p i s t o ­ letu p l a z m o w e g o t le nk i e m a lu mi ni um , z a w i e r a j ą c y m 6% w a g o w y c h tlenku tytanu, p o d d a n y m u p r z e d n i o n i k l o wa ni u. Ło patka z tak o t r z y m a n ą w a r s t w ą tl e n k u po d d a n a zo st ał a n a s t ę p n i e d y f u z y j n e m u p r o ­ ce so wi c h r o m o a l u m i n i o w a n i a w t e m p e r a t u r z e 1323 K. Na p o w i e r z c h n i ło pa tk i o t r z y m a n o po kr y c i e

(6)

6 1 6 8 462

A l 2 O3 x T i O 2 p o ł ą c z o n e z p o d ł o ż e m d y f u z y j n ą w ar s t w ą NiAl, o ba r d z o du że j p r z y c z e p n o ś c i n i e ­ m o ż l i w e j do o t r z y m a n i a innymi m e t o d a m i . Po kr y c i e spełnia dwa z a s a d n i c z e cele - w a r s t w a z e w n ę t r z n a t l e n k ó w s ta no wi b a r i e r ę c i e p l n ą o b n i ż a j ą c a t e m p e r a t u r ę m a t e r i a ł u ło pa t k i oraz z a p e w n i a b a r d z o w y s o k ą o d p o r n o ś ć na g w a ł t o w n e z miany t e m p e r at ur y i k o r o z j ę w y s o k o t e m p e r a t u r o w ą . W k a n a ł a c h c h ł o d z ą c y c h łopatki o t r z y m a n o w a r s t w ę d yf uz y j n ą s k ł a d a j ą c ą się z z e w n ę t r z n e j s t r e f y Ni Al o ra z p r z e j ś c i o w e j z w y d z i e l e n i a m i w z b o g a c o n y m i w wolfr am , mo li bd en , tytan i chrom. O t r z y ­ m a n e p o k r y c i e d o s k o n a l e c hroni p o w i e r z c h n i ę z ew nę t r z n ą oraz k a n a ł y c h ł o d z ą c e ło pa tk i p rz ed k o r o z j ą w y s o k o t e m p e r a t u r o w ą w ś r o d o w i s k u zw ią z k ó w siarki oraz w w a r u n k a c h c y k l i c z n y c h zm ia n t e m p e r a t u r y .

P r z y k ł a d V. K omora s p a l a n i a si ln ik a l ot ni cz eg o w y k o n a n a ze stopu ż a r o w y t r z y m a ł e g o H N 7 8 T p o k r y t a z o s t a ł a w a r s t w ą c e r a m i c z n ą Z r O 2x 8 % Y 2O3 o t r z y m a n ą p rz ez n a t r y s k i w a n i e c i e p l n e p r z y p o m o c y u r z ą d z e n i a HVOF /high v e l o c i t y oxy fuel sp ra yi ng /. P rz ed n a t r y s k i w a n i e m p r o s z e k p o d d a n o n i k l o w a n i u . N a s t ę p n i e p o w i e r z c h n i a k om or y s pa la ni a z n a t r y s k a n ą w a r s t w ą c e r a m i c z n ą p o d d a n a z o s t a ł a d y f u z y j n e m u c h r o m o a l u m i n i o w a n i u w t e m p e r a t u r z e 1353 K. O t r z y m a n e p o k r y c i e s k ł a d a si ę z tr zec h stref. P i e r w s z a z nich od p ow i e r z c h n i to st r e f a c e r a m i k i Z r 0 2 x Y 2 O 3 d e c y d u j ą c a o o b n i ż e n i u t e m p e r a t u r y m a t e r i a ł u p o d ł o ż a - s t a n o w i ą c a b a r i e r ę c ie plną. N as tępna, ś r o d k o w a s t a n o w i d y f u z y j n e p o ł ą c z e n i e p o m i ę d z y s t r e f ę ze wn ęt r z n ą a m a t e r i a ł e m p od łoża. W s tr e f i e tej na g r a n i c y z p o d ł o ż e m w y r ó ż n ić m o ż n a t r z e c i ą s tr ef ę z w y d ł u ż o n y m i , p r o s t o p a d ł y m i do p o w i e r z c h n i w y d z i e l e n i a m i . O t r z y m a n a s t r u k t u r a w ar st wy za pe w n i a w y s o k ą o d p o r n o ś ć na k or oz ję , o d p o r n o ś ć na c y k l i c z n e zm ia ny t e m p e r a t u r y oraz b ardzo dobrą p r z y c z e p n o ś ć do po dł oż a. Ko m o r a s p a l a n i a u z y s k a ł a z es p ó ł w ł a s n o ś c i n i emożliwy: do uzysk an ia zn an ym i m et odami.

P r z y k ł a d VI. Zawór s i l n i k a s p a l i n o w e g o po kr yt y zo st ał w a r s t w ą ni kl u m e t o d ą g a l ­ w a n i c z n ą , po czym jego p o w i e r z c h n i a c z o ł o w a p ok ry ta zo stała w a r s t w ą c e r a m i c z n ą tl en ku c yr k o n u z a w i e r a j ą c e g o 8% t le nk u itru. P r o s z e k t le nk u Z r 0 2 x Y 2 O 3 Pr ze d n a t r y s k i w a n i e m p ok r y t y zo st ał w a r s t w ą n i k l u m e t o d ą g a l w a n i c z n ą . Z a w ó r z tak w y t w o r z o n y m p o k r y c i e m p o d d a n o p r o c e s o w i d yf u- z y j n e g o c h r o m o a l u m i n i o w a n i a w t e m p e r a t u r z e 132-3 K. O t r z y m a n o p o k r y c i e s t a n o w i ą c e b a r i e r ę c i e p l n ą o d p o r n ą na k o r o z j ę w ga za ch s p a l i n o w y c h oraz o d p o r n ą na c y k l i c z n e z mi an y t e m p e r a t u r y o b a r d z o d o b r e j p r z y c z e p n o ś c i do p o d ł o ż a n i e m o ż l i w e j do o s i ą g n i ę c i a i nnymi me to da mi .

P r z y k ł a d VII. P o w i e r z c h n i a górna tłoka si ln i ka s p a l i n o w e g o w y k o n a n e g o ze stopu że l a z a p o k r y t a z os t a ł a w ar s t w ą n i k l u m e t o d ą g al wa ni cz ną , a n a s t ę p n i e p o d d a n a n a t r y s k i w a n i u c i e p l n e m u p r o s z k i e m t le nk u a l u m i n i u m z a w i e r a j ą c y m 6% w a g o w y c h tl e n k u tytanu. P r o s z e k pr ze d n a t r y s k i w a n i e m p o k r y w a n o w a r s t w ą niklu. N a t r y s k i w a n i e ci e p l n e p r o w a d z o n o p rz y p o m o c y u r z ą ­ d z e n i a p l a z m o w e g o . Po p r o c e s i e n a t r y s k i w a n i a o t r z y m a n ą w a r s t w ę c e r a m i c z n ą p o d d a n o p r o c e s o w i d y f u z y j n e g o n a s y c a n i a m e t o d ą k o n t a k t o w o - g a z o w ą w m i e s z a n i n i e z a w i e r a j ą c e j p r o s z e k s to p o w y n i k l u i al u m i n i u m . Na p o w i e r z c h n i tł ok a o t r z y m a n o p o k r y c i e s k ł a d a j ą c e się z dw óc h stref:

z e w n ę t r z n e j c e r a m i c z n e j oraz d y f u z y j n e j w y s t ę p u j ą c e j p o m i ę d z y st r e f ą z e w n ę t r z n ą i podło że m.

O t r z y m a n e p o k r y c i e na p o w i e r z c h n i tł ok a st an ow i ba r i e r ę c i e p l n ą o b a r d z o m a ł e j p r z e w o d n o ś c i c i e p l n e j o ra z b a r d z o w y s o k i e j p r z y c z e p n o ś c i do podłoża, od p o r n e na o d d z i a ł y w a n i e ga zó w s p a ­ l i n o w y c h , z w i ę k s z a j ą c e w ła sn o ś c i e k s p l o a t a c y j n e .

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Cytaty

Powiązane dokumenty

Zastosowanie metod, w których zwiększa się stosunek powierzchni styku do objętości roztworu (do takich należy bez wątpienia metoda wdmuchiwania sproszkowanych materiałów

Oczyszczanie elektrochemiczne nadaje się szczególnie do oczyszczania skomplikowanych odlewów rdzeniowych* ¿en sposób, oczyszczania nie powoduje żadnych mechanicznych uszkodzeń

Zmniejszanie się poziomu naprężenia uplastyczniajęcego ze wzrostem temperatury, przy czym dla tytanu WT1-0 poziom naprężeń jest w przybliże­. niu trzy razy

nie STE w stosunku do stanu wyjściowego, odpowiednio do rosnęcego gniotu i temperatury wyżarzania. Zależność siły termoelektrycznej drutów ze stopów NiCr9Pr od

cji naprężeń są różne i zależą od w ielu czynników : składu chem icznego i fazow ego stopu, zakresu tem peratury cyklu cieplnego, prędkości nagrzew ania i

[r]

nością precyzyjnego określania sposobem obliczeniowym lub doświadczalnym najważniejszych parametrów technologicznych procesu odlewania suspensyjnego, a więc

krycia na jednostkę powierzchni formy i sprowadzonej grubości ścianki przedstawiono w tablicy 3« Twardość żeliwa wynosiła 220 + 240 HB. Wyniki badań twardości