Состав для химической обработки никелевых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 23 Р 1/28, 1/44 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(21) 4867238/ (22) 15.06.90 (46) 30.12.92. (72) Р.Н. Шар ров и А.П. Ма (56) Патент С 1971,Патент С 1982. Бюл. % 48ыпов, Н.В. АрченковаША М 36223 имое, А.В. Его кл. С 23 Е 1/00 С 23 Р 1/00,%435378 ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Изобретение относится к химической обработке металлов, а именно сплавов на основе никеля, и может быть использовано для восстановления защитных жаростойких никелевых покрытий на деталях машин из никелевых сплавов.В современном машиностроении для защиты деталей от высокотемпературного окисления применяются вакуумно-плазменные и диффузионные жаростойкие покрытия на основе никеля, Основным легирующим элементом этих покрытий является алюминий, который при взаимодействии с кислородом образует на поверхности детали оксид алюминия (А 20 з), обладающего высокими защитными свойствами.В процессе эксплуатации покрытия исчерпывают свои защитные свойства из-за снижения содержания алюминия (по механизмам диффузии А из покрытия в жаропрочный сплав и скола оксидной пленки), уменьшения толщины, появления дефектов в виде сколов, язв и т,д. что приводит к интенсивному окислению материала и снижению прочностных свойств самой детали. Поэтому покрытия целесообразно восста.,Ж 1784661 А 1(54) СОСТАВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ(57) Использование: для разрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов. Сущность изобретения; состав содержит, мас.о/: азотная кислота 25-40, фтористоводородная кислота 0,5-4, порошок железа ПЖ 4 МЗ 0,2-1, вода остал ь н ое. 2 ил 1 табл. навливать путем удаления старого (отработанного) и нанесения нового покрытия. Лучшие результаты при удалении старых покрытий достигаются при использовании химико-механического способа, который включает подготовку деталей к химическому разрыхлению, химическое разрыхление и механическое удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия (шлама).Для химического разрыхления применяют различные растворы на основе кислотных растворов. Одним из аналогов заявляемого раствора является состав содержащий, мас.: 0,5-5 фтористоводородной кислоты; 3-20 азотной кислоты; остальное вода.Недостатком данного раствора является его йизкая активность. Это не позволяет удалять покрытия, содержащие менее 30 мас.о А и имеющие в своем составе хром. С целью интенсификации процесса растворения покрытий раствор подогревается до 76 - 93 С, что также ограничивает его применение (при температурах более 60 С раствор интенсивно испаряется, что создает значительные технологические трудности).Кроме этого, при разрыхлении в этом растворе покрытий на жаропрочных сплавах с содержанием хрома менее 18 мас,наблюдается межкристаллитная коррозия (см, табл, 1).Прототипом заявляемого раствора является раствор, содержащий, об.%: НИОз 40 - 60; НР 0,3 - 0,8; Н 20 30 - 70;моль/л СОЯО 4; 0,0016 - 0,025 моль/л РеС 1 з,Основным недостатком данного раствора является его повышенная активность к материалам, из"котЬрых изготовлены сами лопатки турбин, что приводит к их растравливанию в процессе удаления покрытий и невозможности дальнейшего их применения, Повышенная активность обусловлена наличием в растворе ионов СГ, которые усиливают коррозионные процессы, и за счет разнотолщинности покрытия по периметру лопаток турбин, обусловленный как природой их нанесения, так и условиями эксплуатации, приводят к растравливанию жаропрочных сплавов в тех местах, где покрытие удаляется в первую очередь (места с меньшими толщинами покрытий).Цель изобретения - снижение его активности по отношению к материалу деталей - жаропрочным никелевым сплавам.Поставленная цель достигается тем, что состав раствора для химического разрыхления жаростойких никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов, содержащего азотную кислоту и фтористоводородную кислоту, введено в качестве активизирующего вещества большее количество азотной кислоты, а в качестве пассивирующего вещества ионы железа в виде порошка железа ПЖ 4 МЗ (ГОСТ 4111 - 74) при следующем созоотношении компонентов, масАзотная кислота 25-40 Фтористоводороднаякислота 0,5 - 4 Порошок ПЖ 4 МЗ 0,2 - 1 Вода, Остальное, температура химического разрыхления 30 - 50 С.Сопоставительный анализ- с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав раствора отличается от известного введением нового компонента, а именно, порошка ПЖ 4 МЗ, имеющего следующий состав, мас, О ;Углерод Не более 0,12 Кремний Не более 0,25 Марганец Не более 0,5 Сера Не более 0,03 Фосфор Не более 0,03Кислород Около 1,0Железо Не менее 98 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 и применением, т,к. прототип применяется для химического фрезирования жаропрочных сплавов с высоким содержанием ЧЧ (6). В этом случае его повышенная активность положительна, что позволяет травить сам металл с повышенной скоростью. Для удаления же никелевых покрытий на деталях из никелевых сплавов он не применяется, так как из-за повышенной активности этот раствор жаропрочный сплав растравливает, особенно в местах где покрытие, имеющее меньшую толщину, удаляется в первую очередь.Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных составов растворов, используемых для удаления никелевых покрытий с никелевых сплавов, показал, что введенные в заявляемое решение вещества известны. Однако, их применение в этих растворах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает растворам такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно снижение активности раствора по отношению материала основы - никелевого покрытия, содержащего хром и алюминий (30 мас,%) с никелевого сплава, содержащего менее 18 мас, охрома. В растворах для удаления алюминидных покрытий с никелевых жаропрочных сплавов непосредственное растворение порошков железа ранее не применялось. Таким образом, данный состав компонентов придает раствору новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".Примеры конкретного выполнения, Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены различные растворы (аналог, прототип, заявляемый в различных соотношениях компонентов), в которых проводилось химическое разрыхление диффузионного и вакуумно-плазменного покрытий (конденсационное) (фиг, 1 и 2),Приготовление растворов производилось методом перемешивания компонентов, входящих в их составы.Химическое разрыхление никелевых жаростойких покрытий (диффузионного, с наработкой более 700 часов на изделии, и вакуумно-плазменного, с наработкой на изделии 240 часов) проводилось с рабочих лопаток турбины авиационного газотурбинного двигателя, изготовленных из сплавов ВЖЛ 12 У (й 1-основа; 0,17 С; 9,2 Сг; 45 Т 1; 075 ИЬ; 30 Мо; 1,3 ЧЧ; 53 А 1; 135 Со; 0,75 Ч; 0,015 В; 0,003 Ег; 0,16 У) и ЖС 6 У (й 1-основа; 0,17 С; 9,0 Сг; 2,5 Т 1; 1,0 ИЬ; 1,8Мо; 10,5 ЧЧ; 5,6 А 1; 9,5 Со; 0,03 Ег; 0,015 В), по следующей технологической схеме:1. Удаление нагара и оксидов гидроабразивной обработкой (ГАО) или обдувкой сухим электроко рундам,2, Изоляция поверхностей лопаток, не подлежащих травлению.3. Химическое разрыхление покрытий, 4. Удаление изоляции.5. Удаление продуктов взаимодействия компонентов растворов с компонентами покрытий ГАО или обдувкой сухим электрокорундом.6. Контроль качества удаления.Удаление нагара и оксидов гидроабразивной обработкой проводилось на установках ЭЗ - 86 или ЭЗМ при давлении воды 0,20,4 МПа. При обдувке сухим злектрокорундом с зерном 24 А М 2025, давление воздуха 0,2.0,3 МПа, Время обдувки выбиралось из условия полной очистки поверхности лопаток -до металлического цве- та. Изоляция поверхностей лопаток, не подлежащих травлению, осуществлялась лаком ХВ 5179.Затем лопатки погружались в растворы для химического разрыхления покрытий, Температура растворов составляла 2555 ОС.После проведения химического разрыхления покрытий лопатки промывались в воде, выборочно визуально контролировались на полноту удаления покрытия, нейтрализовывались в щелочном растворе, промывались в горячей воде и сушились. Затем проводилось выжигание лаковой изоляции при температуре 450500 С в течение 30,60 минут, Далее разрыхленный слой покрытия удалялся с помощью ГАО.Контроль качества удаления покрытий производился визуально и металлографически на поперечных шлифах, Контроль состояния поверхности никелевого сплава основы после удаления покрытий производился металлографически и методом люминесцентной дефектоскопии, С помощью люминесцентной дефектоскопии наглядно определялось состояние поверхности жаропрочного сплава. При наличии значительного свечения делался вывод о возникновении растрава поверхности сплава, а, следовательно, и о недопустимости его последующего использования.С помощью металлографического анализа определялась толщина ( д, ) неразрыхленного слоя после химического разрыхления. При наличии оставшегося покрытия делается вывод о недостаточной активности раствора к обрабатываемому510 15 20 Заниженное содержание порошка- ПЖ 4 МЗ не обеспечивает надежную пассивацию поверхности жаропрочйых сплавов.3. Занижение в заявляемом растворе 25 концентрации кислот (Н МОэ 25 мэс, о и 30 35 40 45 50 55 жаростойкому покрытию, а, следовательно, и о непригодности раствора к использованию для целей восстановления деталей с жаростойкйми покрытиями,Примеры конкретного выполнения и их результаты представлены в таблице.Анализ таблицы показывает.1, Растворы аналога и прототипа не обеспечивают качественного удаления жаростойких никелевых покрытий с низким содержанием алюминия и высоким содержанием хрома без растравливания жаропрочных сплавов,2, Завышение в заявляемом растворе концентрации кислот (НМОз 40 мас,% и НР 4 мас.) и занижение в нем содержания порошка ПЖ 4 МЗ ниже 0,2 мас.,ь приводит к значительному повышению активности раствора, что проявляется в растравливании жаропрочных сплавов. НЕ 0,5 мась) и завышение в нем содержания порошка ПЖ 4 МЗ более 1 мас,о приводит к значительному снижениюактивности раствора по отношению к покрытиям, что не позволяет испольэовать такие растворы для разрыхления покрытий.Завышенное содержание порошкаПЖ 4 МЗ оказывает сильное пассивирующеевоздействие на поверхность самих покрытий,4. При температуре заявляемого раствора ниже 30 С процесс разрыхления покрытий резко замедляется, причем,вакуумно-плазменное (конденсационное)покрытие практически не разрыхляется.При температуре заявляемого"растворавыше 50 С резко повышается его активность, что может приводить"й"йтэвливанию поверхности жаропрочных сплавов.Использование изобретения позволитобеспечить качественное раэрыхление жаростойких никелевых покрытий на деталяхиз никелевых сплавов с повышенной активностью к покрытиям и пониженной возможностью к растравливэнию жаропрочныхсплавов.Формула изобретенияСостав для химической обработки никелевых сплавов, преимущественно для рэзрыхления жаростойких никелевыхпокрытий на деталях из никелевых сплавов,содержащий азотную и фтористоводородную кислоты, железосодержащий материали воду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью снижения растравливания основы1784661 0,5 - 4 0,2-1 Остальное 25-40 ТемпеПримечание Результаты леминисцентной дефектоскопии Результаты неталлографического анализа ( омкм) Время раэрыхления, мин Состав раствора, мас,ь При- мер ратура, еС Оакуумно-плазОакуумно"плазменноепокрытие Диффузионное покры"тие Диффузпокрытия Оакуумноплазмент ное по- крытие Лиффуз ионное покрытие менноепокрытие ч 2 180 контроль непроизводился, т,к.данное покрытие вэтом составе компонентов аналога полностью не удаляется ИНОз - 20;ИИ - 5:Н О - ост.(аналог)Патент СЫА1 3622391 90 35 имеется области межкристаллитной коррозни удалено пол- не удале.ностье но при разрыхлении диф-го покрытия растравливается сплав самой детали, а при Раэрыхленяи вакуум" но-плазменного покрытия полно" стью раарыхля- ется(О ж 65) 60 76 180 практичес- контроль не ки не уда- производил- ляется ся полностьюне удалено контроль непроизводил"ся раствор, содержащий нижние концентрации компонентов, рвссмат" Риеаемые помри тия не раэрыхляет(а ж 80) 80 10 покрытие покрытие удалено пол- удалено ностьа полностью питтинго" вое свече" ние (рас" трав поверхности жаропрочного сплава) питтингоеоесвечение (Оастрав поверхностижаропрочногоплаза) при раэрыхлении покрытий раствор растразливает основнойматериал детали(8 а о) 50 1 О 30 покрытие покрытиеудалено удалено полностью полностью питтингонвое свечение (растрав) питтингоаоесвечение(растрав) даже при минимальных концентрациях компонентов и наименьщей температу" ре обРаботки набледается растравливание жаропроч ных сплавов(8 - О) (О - О) раз 1 аклемме покрытий не приводит к растраву поверхностных слоев жвРопрочных сплавов 125 свеченийнет покрытиеулаленополностьЮ покрытиеудаленополностье имеется допустимые светящиеся точки(В- о) 10 40 покрытие свечений удалено практичесполностью ки нет покрытиеудаленополностью(промежуточныйзаявляемыйсостав) 20 свечений нет 40 ИНОл - 39 ИР - 0,9; ПИОП 3 - О,3Н 20 - ост. (оптимальный заявляемый состав) 75 свечений свеченийнет раствор, разрыхляя покрытия не растравлнвает жаропрочные сплавы нет он в качестве железосодержащеГо материала содержит порошок железа ПЖ 4 МЗ при следующем соотношении компонентов, бас %Азотная кислота ИНО - 3;ИГ - 0,5И 20 " Ост(заявляемыйраствор, снаибольжейконцентрациейкомпонентов) фтористоводороднаякислотаПорошок железаПЖЧМЗ5 Вода имеется от- раствор, разрыхляя дельные допус- покрытия не расттимые светя" равливает жаропроч" щиеся точки ные сплавы свечений прах- раствоР Разрыхляя тически нет покрытия, не растравлиеает жаропрочные сплавы10 1784661 г предельныйуровень допустиногбсвечения свечения по границаи зерен (растра в) 25 80 180 контроль не производился контрольне произ"водился покрытиепрактичес"ки неразрыхля"ется покрытиеразрыхляется медленно(завышенные концентрации кислот и заниженное содержание порошка ПМ 4 ИЗ) НР - 0,41 П 4 ИЗ - 1,1 НО - ост, (заниженные концентрации , кислот и завышена концентрация порошка П%4 МЗ) Т -Г Зо . о.- о Продолжение таблицы8 1 незначительное завышение концентрации кислот и темпе ратуры и занижение концентрации ларош ка ПН 4 ИЗ может приводить к растраву жарспрочных спла- вов занижение концентрации кислот и температуры и завышение содержания по решка Пж 4 ИЗ резко снижает активность раствора1784661 актор рректор И. Шул 49 КЗЗВН Тираж ПО венного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская на И Госуда при ГКНТ ССС льский комбин Прои Ужго тент л,Гагарина, 10 нЕнна-иа оставитель ехред М.Мо Шарыпотал пиСнОЕоткрыти