способ получения защитных покрытий на изделиях

Формула изобретения

1. Способ получения защитных покрытий на изделиях, преимущественно из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, включающий нанесение слоя никеля, трехступенчатую термическую обработку в защитной среде в печи и охлаждение, отличающийся тем, что наносят слой никеля толщиной 5 7 мк, затем дополнительно наносят слой меди толщиной 20 25 мк, а термообработку на первой ступени проводят при температуре 300 350^oС в течение 1,5 2,0 ч, на второй при 750 800^oС в течение 1,5 2,0 ч, на третьей при 1010 1020 ^oС в течение 5 10 мин, а охлаждение осуществляют в потоке инертного газа до температуры 600 650^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слои никеля и меди наносят гальваническим методом.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве защитной среды используют аргон.

4. Способ по любому из пп. 1, 3, 4, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют в потоке аргона, подаваемого в печь со скоростью 50 - 70^oС/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к изготовлению элементов проточной части энергетических установок, работающих в агрессивных средах, например в атмосфере газообразного водорода.

Известно использование в энергетических установках элементов проточной части, выполненных из никелевых дисперсионно-твердеющих сплавов, работающих в среде газообразного водорода [1]

Однако такие конструкции не выдерживают длительной работы в агрессивных средах без наличия на внутренней их поверхности защитных покрытий.

Известен способ получения защитных покрытий на изделиях, включающий нанесение на их поверхность никелевого покрытия толщиной слоя 40 мкм гальваническим методом и термообработку для повышения адгезионной прочности, которую осуществляют в три этапа, причем на первом проводят нагрев и выдержку при температуре 150 200^oC, на втором при 200 300^oC, на третьем при 400 450^oC [2] Данное защитное покрытие может быть использовано в качестве защиты проточной части энергетических установок от воздействия потока газообразного водорода, однако ресурс работы их недостаточно высок вследствие низкой температуры термообработки, что приводит к появлению дефектов на поверхности изделий.

Задачей изобретения являлось создание системы трубопроводов энергетической установки, работоспособной в атмосфере газообразного водорода и влаги в течение длительного времени.

Указанная задача решена за счет того, что на поверхность изделия из дисперсионно-твердеющего сплава наносят никелевое покрытие толщиной 5 7 мкм, а затем медное толщиной 20 25 мкм с последующей термообработкой в три этапа, причем на первом при температуре 350 400^oC, на втором при 750 800^oC, на третьем при 1010 1020^oC, а охлаждение с этой температуры до 600 650^oC осуществляют в потоке инертного газа со скоростью 50 70^oC/мин.

Технический результат предотвращение появления дефектов в поверхностных слоях изделий за счет повышения плотности покрытия и его адгезионной прочности.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В качестве материала трубопроводов используют сплав на никелевой основе. На внутреннюю поверхность их после предварительной обработки наносят слой никеля толщиной 5 7 мкм гальваническим методом из сернокислого раствора, а затем слой медного покрытия толщиной 20 25 мкм также из сернокислого раствора.

Нанесение никелевого покрытия толщиной менее 5 мкм нецелесообразно вследствие возможности появления на поверхности изделий следов меди, приводящих к зарождению трещин. При толщине никеля более 7 мкм между поверхностью изделия и медным покрытием остается тонкая никелевая прослойка, которая может стать коллектором для накопления водорода в процессе эксплуатации изделия при температуре 750^oC, что вызывает зарождение трещин.

Нанесение медного покрытия толщиной менее 20 мкм может привести к появлению на наружной поверхности меди следов никеля, являющегося адсорбентом водорода, а значит, и источником возникновения трещин в зонах наибольшей концентрации напряжений. При толщине меди более 25 мкм наружный слой покрытия остается химически не связанным с никелем, что может привести в зонах повышенной пористости к скоплению водорода, а значит, и к появлению трещин.

Изделия с защитным покрытием подвергают термообработке. Нагрев и выдержку изделий осуществляют в три этапа в атмосфере инертного газа аргона. На первом этапе изделие нагревают до температуры 350 400^oC со скоростью 200^oC/час и выдерживают в течение 1 1,5 часа. Давление аргона в печи поддерживают в интервале 0,30 0,35 атм. На втором этапе выдержку осуществляют в течение 1,5 2,0 час при температуре 750 800^oC, а на третьем в течение 5 10 мин при температуре 1010 1020^oC.

Увеличение температуры свыше 400^oC на первой стадии процесса приводит к образованию пузырьковых вздутий и отслаиванию покрытия из-за интенсивного удаления атомарного водорода. Нагрев температуры 350^oC не обеспечивает выделения водорода из покрытия, а уменьшение скорости нагрева значительно увеличивает производственный цикл изготовления изделия. Не удалившийся на первой стадии процесса водород при дальнейшем нагревании при 750 800^oC на второй стадии интенсивно выделяется, и выдержка в течение 1,5 2 час обеспечивает практически полное его выделение. На третьей стадии процесса при температуре 1010 1020^oC происходит переход структуры никелевого сплава в однофазное состояние.

При 1010 1020^oC отмечено полное выделение водорода, уплотнение медного покрытия и прочное сцепление его с подложкой. Выше 1020^oC нагревать и выдерживать более 5 минут изделие нельзя ввиду возможности расплавления медного слоя покрытия.

По окончании выдержки на третьей стадии осуществляют ускоренное охлаждение изделия за счет введения в рабочую зону печи потока аргона до достижения температуры 600 650^oC конца фазового превращения в сплаве. Далее подачу газа прекращают и охлаждение проводят с печью.

В таблице 1 представлены данные зависимости наличия дефектов в поверхностном слое металла от толщины нанесенных слоев, в таблице 2 данные зависимости наличия дефектов в покрытии от режимов термической обработки.

Анализ таблиц показал, что соблюдение режимов нанесения покрытий и термообработки изделий, описанных выше, позволило избежать образования таких дефектов, как трещины в поверхностном слое металла, поры и пузырьки в покрытии. Изделия с бездефектным защитным покрытием работоспособны при повышенных температурах в атмосфере водорода.