RU2339738C1

RU2339738C1 - Method for heat-resistant coating removal from parts of heat-stable nickel alloys

Info

Publication number: RU2339738C1
Application number: RU2007111296/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Смыслов (RU); Анатолий Михайлович Смыслов; Наил Анваровна Амирханова (RU); Наиля Анваровна Амирханова; нцева Римма Рахимз новна Невь (RU); Римма Рахимзяновна Невьянцева; Андрей Александрович Быбин (RU); Андрей Александрович Быбин; Ольга Геннадиевна Смольникова (RU); Ольга Геннадиевна Смольникова; Евгений Владимирович Парфенов (RU); Евгений Владимирович Парфенов; Наил Федоровна Измайлова (RU); Наиля Федоровна Измайлова
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-11-27
Also published as: RU2007111296A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention concerns engineering industry and can be applied in aircraft and power-producing turbine manufacturing for turbine blade repair. Method involves preliminary scale removal from parts, pickling treatment in solution and further removal of products of reaction between solution and coating elements. Electrolyte of the following composition, in wt %, is used as pickling solution: nitric acid 20-25, chlorine acid 4-6, potassium bichromate 9.6-11.6, ammonium molybdate 2.0-2.2, the rest is water. The process is performed at solution temperature under 20°C till total removal of heat-resistant coating.

EFFECT: improved yield of heat-resistant coating removal process, including diffusion zone, using pickling solution consisting of efficiently utilizable components, reduced power consumption of process.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток турбин.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in aviation and power turbine engineering for the repair of turbine blades.

Известен способ удаления покрытия с металлической подложки [патент РФ №2094546, C25F 5/00, 1997 г.], включающий анодную обработку в нагретом электролите, содержащем неорганическую аммонийную соль с добавкой вещества органической и/или неорганической соли, при этом обработку ведут в течение 4-7 мин при 320-360 К, напряжении 180-340 В и плотности тока 1500-5000 А/дм².A known method of removing coatings from a metal substrate [RF patent No. 2094546, C25F 5/00, 1997], comprising anodic treatment in a heated electrolyte containing an inorganic ammonium salt with the addition of an organic and / or inorganic salt substance, the treatment being carried out for 4-7 min at 320-360 K, voltage 180-340 V and current density 1500-5000 A / dm ² .

Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость ремонтного производства, связанная с использованием источников электропитания постоянного тока, систем, обеспечивающих гашение дуговых разрядов, способных привести к необратимым структурно-фазовым изменениям в материале обрабатываемой детали, и проведением процесса при высоких температурах рабочего электролита.The disadvantage of this method is the high energy intensity of the repair production associated with the use of direct current power sources, systems that extinguish arc discharges that can lead to irreversible structural-phase changes in the material of the workpiece, and the process at high working electrolyte temperatures.

Известен способ удаления жаростойкого металлического покрытия [патент РФ №2228396, C25F 5/00, 2004 г.], включающий приготовление электролита, размещение в нем изделий с покрытием и пропускание через изделие электрического тока. В качестве электролита используют водный раствор по крайней мере одной неорганической кислоты, выбранной из группы азотная, серная, соляная, фосфорная. В электролите размещают не менее двух изделий с покрытием, через которые пропускают переменный ток напряжением 220 или 380 В и частотой 50 Гц.A known method of removing heat-resistant metal coating [RF patent No. 2228396, C25F 5/00, 2004], including the preparation of an electrolyte, placing coated products in it and passing electric current through the product. As the electrolyte, an aqueous solution of at least one inorganic acid selected from the group of nitric, sulfuric, hydrochloric, phosphoric is used. At least two coated products are placed in the electrolyte, through which alternating current with a voltage of 220 or 380 V and a frequency of 50 Hz is passed.

Недостатком указанного способа является также высокая энергоемкость ремонтного производства, связанная с необходимостью использования электротехнических устройств для пропускания через изделие с покрытием переменного тока промышленной частоты, и недостаточно высокая производительность процесса.The disadvantage of this method is also the high energy intensity of the repair production, associated with the need to use electrical devices to pass through the product coated with alternating current of industrial frequency, and the process is not high enough.

Наиболее близким по технической сущности является способ удаления покрытий с деталей из жаростойких сплавов [патент РФ №2200211, C23F 1/16, 2003 г.], включающий предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия. Травление проводят в растворе следующего состава, мас.%: азотная кислота 25-40, фтористо-водородная кислота 0,5-4,0, порошок железа 0,2-1,0, оксид хрома (CrO₃) 0,3-0,5, вода - до 100% при температуре не менее 18°С с выдержкой деталей в травильном электролите не менее 2 мин. Способ позволяет осуществить полное удаление покрытия с сохранением зоны диффузионного взаимодействия элементов покрытия со структурой основного металла.The closest in technical essence is the method of removing coatings from parts made of heat-resistant alloys [RF patent No. 2200211, C23F 1/16, 2003], including preliminary cleaning of parts from carbon deposits, etching them in solution and subsequent removal of the products of the interaction of the solution with the coating elements . Etching is carried out in a solution of the following composition, wt.%: Nitric acid 25-40, hydrofluoric acid 0.5-4.0, iron powder 0.2-1.0, chromium oxide (CrO ₃ ) 0.3-0 , 5, water - up to 100% at a temperature of at least 18 ° C with exposure of parts in the pickling electrolyte for at least 2 minutes. The method allows for complete removal of the coating while maintaining the zone of diffusion interaction of the coating elements with the structure of the base metal.

Недостатком прототипа является необходимость введения в состав раствора травления фтористо-водородной кислоты, не имеющей эффективных способов утилизации, и наличие ограничений по применению способа для полного удаления покрытия, включая диффузионную зону, в которой в процессе эксплуатации деталей возможно накопление коррозионных повреждений.The disadvantage of the prototype is the need for introducing into the composition of the etching solution of hydrofluoric acid, which does not have effective methods of disposal, and there are limitations on the use of the method for complete removal of the coating, including the diffusion zone, in which corrosion damage can accumulate during operation of the parts.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение производительности процесса полного удаления покрытия, включая и диффузионную зону, замена фтористо-водородной кислоты на компоненты, которые имеют эффективные способы утилизации, и снижение энергоемкости производства за счет исключения из процесса источников электрической энергии.The problem solved by the invention is to increase the productivity of the process of complete removal of the coating, including the diffusion zone, replacing hydrofluoric acid with components that have effective methods of disposal, and reducing the energy intensity of production by eliminating sources of electrical energy from the process.

Задача решается таким образом, что в способе удаления жаростойкого покрытия с деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающем предварительную очистку деталей от нагара, травление их в растворе и последующее удаление продуктов взаимодействия раствора с элементами покрытия, в отличие от прототипа, травление покрытия проводят в травильном растворе следующего состава, мас.%: азотная кислота 20-25; соляная кислота 4-6; бихромат калия 9,6-11,6; аммоний молибденовокислый 2,0-2,2; вода - остальное. Процесс травления проводят при температуре раствора не более 20°С до полного удаления покрытия.The problem is solved in such a way that in the method of removing heat-resistant coatings from parts made of heat-resistant nickel alloys, including preliminary cleaning of the parts from soot, etching them in solution and subsequent removal of the products of the solution interacting with the coating elements, in contrast to the prototype, the coating is etched in an etching solution the following composition, wt.%: nitric acid 20-25; hydrochloric acid 4-6; potassium dichromate 9.6-11.6; ammonium molybdenum acid 2.0-2.2; water is the rest. The etching process is carried out at a solution temperature of not more than 20 ° C until the coating is completely removed.

При использовании указанного раствора за счет окислительных свойств, проявляемых азотной кислотой и добавками молибденовокислого аммония и бихромата калия, происходит химическое растворение компонентов покрытия и пассивирование участков поверхности детали, освобожденных от покрытия, за счет ингибирующих свойств бихромат-ионов.When using this solution due to the oxidizing properties manifested by nitric acid and additives of molybdenum ammonium and potassium dichromate, chemical dissolution of the coating components and passivation of the surface areas of the part freed from the coating occur due to the inhibitory properties of the dichromate ions.

Предложенный способ может быть использован для удаления жаростойких покрытий, нанесенных диффузионным, вакуумным ионно-плазменным или другими методами, с поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов, имеющих длительную эксплуатационную наработку. Компоненты травильного раствора имеют эффективные способы утилизации и регенерации, а сам процесс удаления жаростойкого покрытия не требует использования сложного электротехнического оборудования.The proposed method can be used to remove heat-resistant coatings deposited by diffusion, vacuum ion-plasma or other methods from the surface of parts made of heat-resistant nickel alloys having a long operational life. The components of the etching solution have effective methods of disposal and regeneration, and the process of removing the heat-resistant coating does not require the use of sophisticated electrical equipment.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

Рабочую лопатку турбины из никелевого сплава IN738LC с жаростойким ионно-плазменным покрытием системы Ni-Cr-Al-Y после эксплуатации в составе изделия в течение 56 тыс.час для удаления нагара подвергали обдувке электрокорундом при давлении сжатого воздуха 4-6 атм. Поверхность замковой части лопаток изолировали от воздействия травильного раствора путем нанесения на соответствующие поверхности не менее трех слоев кислотостойкого лака. Детали погружали в травильный раствор следующего состава, мас.%: азотная кислота 25 (плотностью 1,4 г/см³); соляная кислота 6 (плотностью 1,18 г/см³); бихромат калия 11,6; аммоний молибденовокислый 2,2; вода - до 100%, и выдерживали в нем до момента полного удаления покрытия при температуре 20°С. С целью выявления момента полного удаления покрытия в ходе обработки осуществляли регистрацию электродного потенциала поверхности относительно хлорсеребряного электрода сравнения [патент РФ №2116379, C23F 1/00, 1998 г.]. Потом лопатки нейтрализовали в щелочном растворе, промывали в проточной горячей и холодной воде и подвергали абразивно-жидкостной обработке при давлении 0,5-1,0 атм для удаления продуктов взаимодействия травильного раствора с элементами покрытия. По окончании обработки проводили визуальный и металлографический контроль для определения отсутствия внешней и диффузионной зоны покрытия, рассчитывали среднюю скорость удаления покрытия в мкм/мин, с помощью профилографа измеряли шероховатость поверхности сплава.The working blade of a turbine made of IN738LC nickel alloy with a heat-resistant ion-plasma coating of the Ni-Cr-Al-Y system, after being used as part of the product for 56 thousand hours, was subjected to electrocorundum blowing at a compressed air pressure of 4-6 atm to remove carbon deposits. The surface of the castle part of the blades was isolated from the action of the etching solution by applying at least three layers of acid-resistant varnish to the corresponding surfaces. Details were immersed in an etching solution of the following composition, wt.%: Nitric acid 25 (density 1.4 g / cm ³ ); hydrochloric acid 6 (density 1.18 g / cm ³ ); potassium dichromate 11.6; ammonium molybdenum acid 2.2; water - up to 100%, and kept in it until the complete removal of the coating at a temperature of 20 ° C. In order to identify the moment of complete removal of the coating during processing, the electrode surface potential relative to the silver chloride reference electrode was recorded [RF patent No. 2116379, C23F 1/00, 1998]. Then the blades were neutralized in an alkaline solution, washed in running hot and cold water and subjected to abrasive-liquid treatment at a pressure of 0.5-1.0 atm to remove the products of the interaction of the etching solution with the coating elements. At the end of the processing, a visual and metallographic control was performed to determine the absence of an external and diffusion coating zone, the average coating removal rate in microns / min was calculated, and the surface roughness of the alloy was measured with a profilograph.

Аналогичные испытания по полному удалению покрытия, включая и диффузионную зону, проведены с использованием травильного раствора, предлагаемого в способе-прототипе.Similar tests to completely remove the coating, including the diffusion zone, were carried out using the etching solution proposed in the prototype method.

Данные по удалению покрытия с рабочих лопаток представлены в таблице.Data on the removal of the coating from the blades are presented in the table.

ПараметрParameter Скорость удаления покрытия, мкм/минThe rate of removal of the coating, microns / min Шероховатость поверхности сплава после удаления покрытия Ra, мкмThe surface roughness of the alloy after removal of the coating Ra, microns Величина электродного потенциала поверхности сплава после удаления покрытия, ВThe value of the electrode potential of the alloy surface after removal of the coating, In Предлагаемый способThe proposed method 1,931.93 2,252.25 -0,46-0.46 ПрототипPrototype 1,291.29 10,410,4 -0,57-0.57

Из таблицы видно, что скорость полного удаления покрытия возрастает по сравнению с удалением покрытия по способу-прототипу в 1,5 раза, а шероховатость сплава после удаления покрытия снижается в 4,6 раза. Снижение шероховатости поверхности сплава после удаления покрытия обусловливает меньшую активность поверхности, что подтверждается менее отрицательной величиной электродного потенциала.The table shows that the speed of complete removal of the coating increases compared with the removal of the coating by the prototype method by 1.5 times, and the roughness of the alloy after removal of the coating is reduced by 4.6 times. A decrease in the surface roughness of the alloy after removal of the coating leads to lower surface activity, which is confirmed by a less negative value of the electrode potential.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет увеличить производительность процесса полного удаления жаростойкого покрытия, включая диффузионную зону, с деталей из жаропрочного сплава, имеющих эксплуатационную наработку, за счет введения в состав травильного раствора добавок молибденовокислого аммония и бихромата калия, исключить из состава травильного раствора фтористо-водородную кислоту путем ее замены на соляную кислоту и снизить энергоемкость производства за счет проведения процесса без использования источников электрической энергии.Thus, the claimed invention allows to increase the productivity of the process of complete removal of the heat-resistant coating, including the diffusion zone, from parts made of heat-resistant alloy having operational operating time by introducing additives of molybdenum acid ammonium and potassium dichromate into the composition of the etching solution, to exclude hydrogen fluoride from the composition of the etching solution acid by replacing it with hydrochloric acid and reduce the energy intensity of production due to the process without the use of electric sources energy oh.

Claims

The method of removing heat-resistant coatings from parts made of heat-resistant nickel alloys, including preliminary cleaning of the parts from soot, etching them in solution and subsequent removal of the reaction products of the solution with coating elements, characterized in that the coating is etched in a solution of the following composition, wt.%:

Nitric acid 20-25 hydrochloric acid 4-6 potassium dichromate 9.6-11.6 ammonium molybdenum acid 2.0-2.2 water rest

moreover, the etching process is carried out at a solution temperature of not more than 20 ° C until the heat-resistant coating is completely removed.