Способ удаления поверхностного слоя с изделия - RU2071507C1
Код документа: RU2071507C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способам удаления материалов, нанесенных на подложку, в частности к удалению истираемых, износостойких и теплоизоляционных покрытий, полученных спеканием порошка или волокон или плазменным распылением, при использовании разрушающего действия струи жидкости.
Указанные покрытия используются в газотурбинных двигателях, увеличивая их КПД, а также повышая их износостойкость и теплоизоляцию.
Чрезмерные зазоры между лопатками и корпусом и между диском и лопатками внутри газотурбинных двигателей дают возможность утечки газов, что снижает КПД двигателя. Для уменьшения зазоров между вращающимися и неподвижными частями могут применяться уплотнения. Теплоизоляционные покрытия могут использоваться для обеспечения защиты от воздействия высоких температур, абразивные покрытия для предотвращения вредных взаимодействий, обусловленных трением, упрочняющие покрытия для уменьшения износа поверхности.
Общей характеристикой этих покрытий является то, что прочность покрытия (сила сцепления) является сравнительно низкой, нанесенные плазменным напылением и частично спеченные частицы не очень прочно сцепляются друг с другом, в результате чего покрытия получаются пористые. Прочность покрытия таким образом меньше прочности подложки.
В процессе технического обслуживания газотурбинного двигателя эти покрытия часто удаляют, что является достаточно сложным, так как при этом возможно повреждение подложки. Известны различные способы удаления покрытий механической обработкой, химической очисткой, механической обработкой с последующей химической очисткой (1,2) и дробеструйной обработкой. При механической обработке с последующей химической очисткой необходимо, чтобы обрабатываемая деталь удерживалась неподвижно в процессе удаления покрытия металлорежущим инструментом. Затем поверхность обрабатывают химическим раствором, в качестве которого обычно используют концентрированные кислоты или основания для разложения оставшегося после механической обработки покрытия. Эта технология требует особой точности, в частности без соответствующего выравнивания инструментов и обрабатываемых деталей в процессе механической обработки может повреждаться материал подложки, кроме того, используемый химический раствор может разрушательно воздействовать на материал подложки. Этот процесс является длинным и трудоемким. При использовании химических растворов возникает проблема утилизации этих растворов после их применения. Способ абразивной или дробеструйной обработки также часто приводит к повреждению или разрушению обрабатываемых деталей. Этот способ заключается в направлении абразивных частиц в потоке сжатого воздуха на покрытие, нанесенное на детали. Для предотвращения повреждения основы процесс абразивной обработки необходимо мгновенно останавливать при обнажении основы, для чего требуется высококвалифицированные операторы.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является известный способ удаления слабо сцепленного с основой поверхностного слоя путем воздействия на поверхностный слой перемещаемого изделия струи жидкости, вытекающей из сопла под давлением (3).
Недостатком данного способа является то, что он не гарантирует качественного удаления верхнего поверхностного слоя без повреждения нижнего слоя.
Известно, что струи жидкости под давлением выше 703,1 кг/см2 не использовались для удаления покрытий. Струи жидкости со сравнительно низким давлением в пределах 140,6-210,9 кг/см2 использовались в таких областях, как очистка поверхностей, удаление радиоактивных загрязнений, разрыхление бетона и удаление ракушек и других загрязнений с днища судов, но не в процессе удаления неорганических покрытий.
Целью изобретения является разработка удобной, дешевой, экологически безопасной технологии удаления покрытий, позволяющей сохранить основу без повреждения.
Способ удаления поверхностного слоя заключается в следующем: струя жидкости, воздействуя на покрытие под углом, перемещается в определенной области, удаляя покрытие. В зависимости от давления жидкости поток жидкости разрушает покрытие, не повреждая лежащий ниже слой (если он имеется) и подложку.
Жидкость на удаляемое покрытие направляют под давлением не менее 1406, 2 кг/см2 от 1406,2 до 4218,6 кг/см2. В качестве жидкости используют воду или жидкость на ее основе, имеющую вязкость от 0,25 до 5,0 сП при температуре от 25oC и давлении от 1 атм. Струю жидкости направляют на поверхность изделия под углом от 20 до 90o.
Предлагаемый способ может использоваться для удаления нанесенных плазменным распылением и спеченных покрытий, прочность которых значительно меньше прочности подложки.
На фиг. 1 показан общий вид осуществления способа; на фиг. 2 слои, нанесенные на основу в сечении; на фиг.3 результат использования способа удаления покрытия струей жидкости при различных давлениях.
Критическими параметрами способа (см. фиг. 1) являются расстояние от сопла до покрытия и давление жидкости. В зависимости от ограничений, накладываемых на оборудование и давление, сопло может размещаться на расстоянии примерно 152,4 или 304,8 мм от поверхности покрытия, однако наиболее предпочтительными являются меньшие расстояния в пределах 6,35-19,05 мм.
Большую роль играет угол между струей жидкости и покрытием, он имеет пределы 20-90o, наиболее предпочтительным является угол в пределах 30-90o (45o) (см. фиг. 1).
Угол, не являющийся критическим параметром, вызывает удаление жидкостью кусочков покрытия в месте попадания струи на покрытие. Обрабатываемую деталь следует поворачивать таким образом, чтобы движение ее было в направлении самого малого угла, образуемого между потоком жидкости и деталью. Указанное направление поворота детали способствует удалению кусочков из зоны воздействия потока, тем самым гарантируя, что они не будут мешать технологическому процессу.
В качестве жидкости может использоваться вода или другая жидкость, имеющая вязкость в пределах 0,25-5,00 сП при температуре от 25oC и давлении от 1 атм, которая не будет повреждать грунтовой слой или материал подложки, например смесь воды и масла, водный раствор кислоты и др. Жидкости, имеющие более высокую вязкость, труднее распылять при высоких давлениях, в то время, как жидкости, имеющие более низкую вязкость, труднее поддаются сжатию, что связано с необходимостью использования более дорогого оборудования. Предпочтительной жидкостью является вода, имеющая вязкость около 0,25 сП при температуре 25oC и давлении 1 атм. поскольку она нетоксична, дешева и безвредна для окружающей среды. В воду могут вводиться полезные добавки, такие как смачивающие реагенты или различные химические вещества, которые разрушающе действуют на покрытие, не повреждая обрабатываемой детали.
Струя жидкости истекает из сопла под давлением, достаточным для давления покрытия и/или грунтового слоя. Так как давления, превышающие 4218,6 кг/см2, будут приводить к разрушению большинства материалов подложки в газовых турбинах, необходимо использовать более низкие давления. Оптимальное давление жидкости находится в пределах 1406,2-4218,6 кг/см2. Факторами, определяющими точное значение необходимого давления, являются тип покрытия и необходимость удаления покрытия до грунтового слоя или до подложки (см. фиг. 2, где показано покрытие 1 и грунтовой слой 2). Точные пределы давлений также определяются геометрией сопла и расстоянием от сопла до покрытия и конкретным материалом подложки. На практике квалифицированный оператор может легко определить давление, вызывающее повреждение подложки, и снизить это давление до подходящего рабочего давления.
На фиг. 3 показано влияние изменения давления в предлагаемом способе. При снижении давления от значения А до значения Д уменьшается количество удаляемого покрытия. При некотором значении Д удаляется только внешнее покрытие без повреждения грунтового слоя.
Пример 1. Для удаления с материала подложки нанесенного плазменным распылением упрочняющего покрытия вместе с грунтовым покрытием (состоящего из примерно 80 об. никеля, 20 об. сплава хрома, остальное карбид хрома) использовалась следующая последовательность операций.
Подложка с покрытием располагалась таким образом, чтобы можно было осуществлять относительное движение между ней и соплом, из которого истекает вода. Сопло устанавливалось так, чтобы выходной конец его находился на расстоянии порядка 6,35 мм от покрытия и поток воды падал на покрытие под углом 45o (см. фиг. 1).
Давление воды устанавливают равным 2812,4 кг/см2. Создают относительное перемещение между струей воды и покрытием таким образом, что при удалении покрытия подложка продвигалась к следующей области покрытия, которая должна быть удалена.
Длительность процесса удаления покрытия зависит от площади поверхности покрытия. Для обычных деталей газотурбинного двигателя она находится в пределах 5-10 мин.
Пример 2. Спеченное истираемое покрытие (состоящее примерно из 65 об. никеля. 35 об. хрома, остальное алюминий) удаляют в соответствии с вышеприведенными в примере 1 операциями, давление жидкости устанавливают 2460,9 кг/см2.
Предлагаемый способ может быть использован для удаления любого покрытия, которое имеет прочность, меньшую прочности материала подложки. Путем регулирования давления удаляется покрытие без повреждения грунтового слоя или удаляется грунтовой слой без повреждения подложки, допуская повторное использование связующего слоя и подложки. Обычно покрытие и связующий (грунтовой) слой получают плазменным напылением, из газовой фазы, а также спеканием.
Реферат
Изобретение относится к удалению материалов, нанесенных на подложку, в частности к удалению истираемых, износостойких, теплоизоляционных покрытий, полученных спеканием порошка или плазменным распылением, при использовании разрушающего действия струи жидкости. Способ удаления покрытия с изделия, представляющего собой подложку с нанесенным на нее связующим слоем, а поверх него поверхностным слоем путем воздействия на покрытие перемещаемого изделия струи жидкости, вытекающей из сопла под давлением не менее 1406,2 кг/см2. В качестве жидкости используют воду или жидкость на основе воды, имеющую вязкость от 0,25 до 5,0 сП при температуре от 25oC и давлении от 1 атм. Струю жидкости направляют на поверхность изделия под углом от 20 до 90o. Жидкость подают под давлением от 1406,2 до 4218,6 кг/см2. С изделия удаляют только поверхностный слой, не затрагивая связующий слой. С изделия удаляют как поверхностный слой, так и связующий слой. 3 ил.
