Способ очистки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии

Способ очистки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии

Реферат

Изобретение относится к очистке деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из никелевых жаропрочных сплавов от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии термохимическими методами и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, где используются ГТД, при ремонте.

Известен способ очистки деталей ГТД, изготовленных из жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий обработку деталей водным раствором кислоты и водным щелочным раствором (см. патент RU №2169794, кл. C23G 1/02, опубл. 27.06.2001).

Недостатки данного способа - низкое качество очищаемых деталей и невозможность его использования при удалении продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии на деталях из жаропрочных никелевых сплавов.

Технический результат заявленного способа - повышение эффективности очистки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки деталей газотурбинного двигателя из жаропрочных сплавов на никелевой основе от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, включающем обработку деталей в водном щелочном растворе, согласно изобретению до обработки деталей в водном щелочном растворе осуществляют обработку деталей в расплаве фторидных солей при температуре от 320 до 370°С, обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа, а в качестве щелочного раствора используют водный раствор щелочей КОН или NaOH, или их смесь.

Обработка деталей ГТД в расплаве фторидных солей, например в расплаве бифторида калия, позволяет очистить их поверхность от поврежденного защитного диффузионного покрытия и продуктов сульфидной коррозии. Последующая автоклавная щелочная обработка деталей позволяет удалить продукты высокотемпературного окисления (высокотемпературные окислы на основе алюминия), в том числе и из полостей термоусталостных трещин.

Обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа. При температуре ниже 350°С щелочной раствор под давлением 20-24 МПа находится в конденсированном состоянии, что существенно замедляет процесс очистки деталей. При температуре выше 450°С происходит щелочное травление структурной составляющей никелевых жаропрочных сплавов - карбидов типа МеС и Ме₆С на основе вольфрама, ниобия, титана, молибдена и хрома. Снижение давления обработки деталей ниже 20 МПа требует соответствующего снижения температуры процесса для поддержания фазового состояния щелочного раствора вблизи точки фазового перехода пар - конденсат, что приводит к замедлению процесса очистки деталей. Повышение давления выше 24 МПа технически нецелесообразно, приводит к удорожанию оборудования и самого процесса очистки.

Обработку деталей в водном щелочном растворе необходимо проводить в защитной атмосфере инертного газа, так как присутствие кислорода, содержащегося в воздухе, приводит к окислению основной структурной составляющей жаропрочных никелевых сплавов - упрочняющей γ' фазы на основе интерметаллида Ni₃Al по анодному механизму с выделением никеля на поверхности деталей (Оспенникова О.Г., Орлов М.Р., Губенко Л.А. Обеспечение качества поверхности лопаток в процессе гидротермического выщелачивания керамических стержней. // Литейное производство. - 2007. - №8. - С.31-34).

Обработку деталей в расплаве фторидных солей необходимо проводить при температуре от 320 до 370°С, так как при температуре ниже 320°С высокая вязкость расплава не позволяет удалять продукты травления из узких полостей охлаждаемых каналов и термоусталостных трещин. При температуре расплава выше 370°С происходит интенсивное травление жаропрочных никелевых сплавов, что приводит к повреждению деталей.

Реализация способа рассмотрена на примере очистки соплового аппарата авиационного газотурбинного двигателя от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, в том числе и по термоусталостным трещинам.

Сопловой аппарат, поступивший в ремонт после эксплуатации, очистили от эксплуатационных загрязнений (коксовых отложений, нагара и т.п.) при помощи известного метода, например разрыхлением загрязнений в горячем (до 145°С) щелочном растворе с последующей виброабразивной обработкой.

Затем сопловой аппарат прошел очистку в расплаве фторидных солей, например, бифторида калия при температуре 360°С в течение 1 часа (возможно увеличение времени очистки до 2-х часов в зависимости от степени повреждения защитного покрытия и степени окисления).

После очистки соплового аппарата в расплаве бифторида калия и удаления остатков соли, выполнили второй этап очистки - методом автоклавной щелочной обработки, например, в 68-% водном растворе щелочи калия КОН при температуре 390°С и давлении 22 МПа в течение 2 часов в защитной атмосфере инертного газа, например, азота или аргона.

Время обработки может быть от 30 минут до 6 часов в зависимости от степени окисления и повреждения сульфидной коррозии поверхности лопатки в процессе эксплуатации.

Последовательная обработка соплового аппарата в расплаве фторидных солей и водном растворе щелочи в автоклаве позволила полностью очистить поверхность соплового аппарата (полостей лопаток и полок) и термоусталостных трещин от продуктов сульфидной коррозии и высокотемпературных окислов и подготовить деталь к последующим операциям ремонта - к термовакуумной обработке, к восстановлению геометрии методами подварки и пайки, к нанесению защитных диффузионных покрытий.

Способ очистки деталей газотурбинного двигателя из жаропрочных сплавов на никелевой основе от продуктов высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии, включающий обработку деталей в водном щелочном растворе, отличающийся тем, что до обработки деталей в водном щелочном растворе осуществляют обработку деталей в расплаве фторидных солей при температуре от 320 до 370°С, обработку деталей в водном щелочном растворе осуществляют под давлением от 20 до 24 МПа при температуре от 350 до 450°С в атмосфере инертного газа, а в качестве щелочного раствора используют водный раствор щелочей КОН или NaOH, или их смесь.