способ диффузионного насыщения деталей

Формула изобретения

Способ диффузионного насыщения деталей в циркулирующей газовой среде, преимущественно лопаток из жаропрочных сплавов с длинными узкими внутренними каналами, включающий нагрев до температуры обработки и диффузионную выдержку, в процессе которой осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды, отличающийся тем, что в процессе диффузионной выдержки над решеткой для деталей создают зону повышенного давления насыщающей газовой среды, причем высота зоны повышенного давления больше высоты обрабатываемой детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно деталей из жаропрочных сплавов с длинными узкими внутренними каналами.

Известен способ насыщения тугоплавких металлов в газовой среде, например, алюминием, кремнием и цирконием с применением двухэтажной безмуфельной печи, при котором газовую среду, являющуюся переносчиком диффундирующего элемента покрытия на насыщаемый металл, приводят в циркуляционное движение в герметически замкнутом объеме рабочей камеры печи и многократно используют в процессе насыщения (а.с. СССР 148318, С 23 С 11/00, 23.03.1961).

Недостатком известного способа является некачественное нанесение защитного покрытия на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами.

Наиболее близким по технической сущности является способ алитирования деталей, преимущественно лопаток из жаропрочных сплавов, с узкими внутренними каналами, включающий нагрев до температуры обработки и диффузионную выдержку, в процессе которой осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды от источника насыщающего элемента к наружным и внутренним поверхностям деталей с периодическим изменением скорости потока (SU 1238597, С 23 С 10/00, 15.10.84).

Недостатком известного способа является некачественное нанесение защитного покрытия на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами.

Задача изобретения - повышение качества нанесения защитного покрытия на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами.

Поставленная задача достигается тем, что в способе диффузионного насыщения деталей в циркулирующей газовой среде, преимущественно лопаток из жаропрочных сплавов с длинными узкими внутренними каналами, включающим нагрев до температуры обработки и диффузионную выдержку, при которой осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды, в процессе диффузионной выдержки над решеткой для деталей создают зону повышенного давления насыщающей газовой среды, причем высота зоны повышенного давления больше высоты обрабатываемой детали.

Известно, что для ускорения процесса доставки молекул галогенидов к поверхности деталей используются вентиляторы, осуществляющие перемешивание или прокачку газа, создание постоянного или циклического перепада давлений в реакционной камере. Такой способ используется для формирования покрытий на поверхностях сложной конфигурации. Для реализации процесса переноса вещества на подложку используют высокотемпературный нагрев при сравнительно низком давлении (10^-2-10^-5 Па). Чем больше давление пара насыщающего вещества, тем больше скорость его доставки к поверхности (Абраимов Н.В. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин. - М.: Машиностроение, 1993, с. 166-168).

Известно, что процесс диффузионного насыщения циркуляционным методом может осуществляться в изотермических условиях, когда разные активности диффундирующего элемента в исходном материале и на насыщаемой поверхности порождают градиент парциального давления газа-переносчика в рабочей камере установки. В результате принудительной циркуляции обогащенная газовая среда, вступая в контакт с насыщающей поверхностью, будет иметь стремление изменить свой состав в сторону уменьшения парциального давления АlСl_з. Например, при увеличении концентрации алюминия на поверхности никеля в изотермических условиях насыщения повышается парциальное давление моноиодида алюминия, что приводит к уменьшению перепада давления между зонами расположения алюминия и насыщающей поверхности. Следствием этого является снижение интенсивности диффузионного насыщения с увеличением изотермической выдержки (Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. - М.: Машиностроение, 1979, с. 32-35).

Данные способы можно использовать для нанесения покрытия на внутренние поверхности каналов деталей с недлинными каналами. При нанесении покрытия на внутренние поверхности узких длинных каналов резко снижаются качество и толщина наносимого покрытия. Известные способы не позволяют наносить защитное покрытие на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами.

В предлагаемом техническом решении зона перепада давления увеличена за счет создания аэродинамического сопротивления, длинный узкий канал детали находится в одинаковых условиях.

Заявитель не обнаружил технических решений, позволяющих увеличивать зону повышенного давления.

Способ реализуют следующим образом.

В печи 1 с футерованной нагревательной камерой (см. чертеж) установлен герметичный муфель 2, внутри которого находятся экран 3 с отверстиями "а" в нижней части, полочки 4 для порошковой смеси, решетка 5 для деталей 6 и дроссельная решетка 7. Вентилятор 8 установлен в дефлекторе 9.

На решетку 5 устанавливают детали 6 с длинными узкими внутренними каналами. На полочки 4 загружают порошковую смесь. Муфель 2 закрывают и из него откачивают воздух. Печь 1 нагревают. Во время нагрева происходит возгонка активатора порошковой смеси и устанавливается избыточное давление насыщающей газовой среды. При температуре 900-1000^oС включают вентилятор 8 и осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды. Циркулирующий газовый поток проходит через дроссельную решетку 7, которая создает аэродинамического сопротивления. Между решеткой 5 и дроссельной решеткой 7 образуется зона повышенного давления насыщающей газовой среды, а под вентилятором 8 - зона низкого давления. Создается перепад давления между входом вентилятора и дроссельной решеткой, выравнивается давление по высоте обрабатываемой детали. Высота "h" зоны повышенного давления больше высоты "b" обрабатываемой детали.

Установлено, что качество защитного покрытия на внутренней поверхности детали с длинными узкими внутренними каналами удовлетворяет требованиям технологии при h=(1,1-1,3)b.

После окончания процесса диффузионного насыщения газовую смесь из муфеля 2 откачивают или оставляют с напуском аргона.

Пример конкретного выполнения

На установке ШГА 1/1 обрабатывались две партии лопаток высотой 400 мм из сплава ЖС26ВИ. Эквивалентный гидравлический диаметр внутренних каналов 4,3 мм. Расстояние между решеткой для деталей и дроссельной решеткой равно 450 мм. Режим насыщения: диффузионная выдержка 6 часов при температуре 980^oС, скорость периодически работающего вентилятора 1000 об/мин.

После обработки провели контроль толщины покрытия во внутреннем канале лопатки: у замка (низ), в середине и у конца пера лопатки (верх). Результаты измерений приведены в таблице.

Изобретение позволяет получать равномерные покрытия на внутренних поверхностях деталей с длинными узкими внутренними каналами.