一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法。工艺流程为：氧化铝粉焙烧→粉料烘干→渗剂配置→球磨→烘干→渗剂活化处理→渗剂填入工件内腔→装盒→真空扩散处理→清理→检验。本发明专利技术采用渗剂配方、渗剂制备工艺、扩散工艺制度以及局部填入渗剂的方法，对发动机涡轮叶片内腔表面进行渗铬铝处理，既能保证零件工作表面渗层深度，又能有效的提高工件工作表面抗氧化、抗燃气热腐蚀性能及使用寿命。而且该方法操作简单、效率高、成本低，有利于实现单批多件连续生产。

【技术实现步骤摘要】
一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法
本专利技术属于真空扩散渗金属化学热处理
，特别提供一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法。
技术介绍
某发动机涡轮叶片由K465合金制造，叶片工作温度1000℃以上，为了满足叶片在高温、高速和大应力条件下的工作要求，需提高零件抗氧化、抗燃气热腐蚀性能，设计图纸要求叶片的内腔表面进行渗铬铝，渗层深度：0.01-0.04mm，其余表面需进行防护处理防止漏渗(见图1)。铬铝渗层是一种高温防护渗层，这种渗层是由β-NiAl+少量的γˊ相等相构成，该渗层具有优异的抗氧化及抗腐蚀性能。目前采用传统气相或整体渗剂粉末包埋等方法均难以满足内腔表面渗层要求的条件，该领域技术人员亟需一种可以保证渗层深度，使得零件内外表面均可以得到有效保护的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法。本专利技术技术方案如下：工艺流程为：氧化铝粉焙烧→粉料烘干→铬铝渗层渗剂配置→球磨→烘干→渗剂活化处理→渗剂填入工件内腔→装入渗盒→真空扩散处理→清理→检验，其中，铬铝渗层渗剂质量比配方为40％-50％Cr、3％-6％Al、10％Ni-Y、余量为Al2O3，另加入占总重量0.3％的NH4Cl。所述渗剂活化处理工艺为：在200-300℃保温1-2h，以2-3℃/min的速度加热至1150±10℃保温1-1.5h，随炉冷却至200-300℃，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。渗剂活化处理时，加热前将真空度抽至0.665MPa以下，在加热、保温及冷却至200-300℃过程中，真空工作压强应小于0.665MPa。渗剂填入工件内腔及装入渗盒过程中，将叶片进、排气边孔用高温胶带密封，取活化好并烘干的渗剂粉末由榫头孔装入片内腔，不断震动使粉末充满，撕掉胶带，对进气边孔涂覆阻流剂，自然晾干，时间不少于1h，将叶片叶冠向下立放在渗盒内，填充焙烧过的氧化铝粉末，粉末厚度：上、下层不小于30mm，四周不小于20mm。真空扩散处理升温前将真空度抽至0.665MPa以下，升温过程与保温过程真空度保持在0.665MPa以下，升温速度为4-6℃/min。真空扩散处理制度为:加热至550℃保温1.5-2h、在850±50℃保温1-1.5h、在1010±20℃保温2-2.5h、在1050±20℃保温2-2.5h、在1150±20℃保温1-1.5h、在1180±10℃保温0.5-1h、随炉冷却至200℃以下，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。本专利技术的有益效果为：利用真空炉真空扩散过程操作简单、无氧化及可以实现局部渗入。通过采用渗剂配方、渗剂活化工艺、扩散工艺制度以及局部填入渗剂方法，制备的叶片内腔表面渗层深度符合相关技术要求。渗层组织由外层和内层两部分组成，外层除渗层基相外还存在少量的条状相，而内层由许多粒状条状相相间分布构成。元素浓度分析结果表明外层Al浓度明显提高，可以形成β-NiAl相。金相组织观察看到在外层的NiAl相基体仍然存在着少量条状相，是γ或γˊ相组成，内层相结构较复杂，包括NiAl相、γˊ相以及各种碳化物相等组成。K465合金渗铬铝后的试样在高温200h静态氧化速率符合HB5258抗氧化级的要求，试样表面生成棕黄色氧化膜，试样表面状态良好，没有明显脱落物，属于抗氧化级，见表1；试样在高温100h燃气热腐蚀条件下，碱洗后带渗层试样腐蚀速率远小于空白试样腐蚀速率，燃气热腐蚀性显著提高，见表2。表11050℃，200h抗氧化试验结果表2900℃/100h燃气热腐蚀试验结果本专利技术采用渗剂配方、渗剂制备工艺、扩散工艺制度以及局部填入渗剂的方法，对发动机涡轮叶片内腔表面进行渗铬铝处理，既能保证零件工作表面渗层深度，又能有效的提高工件工作表面抗氧化、抗燃气热腐蚀性能及使用寿命。而且该方法操作简单、效率高、成本低，有利于实现单批多件连续生产。附图说明图1为涡轮叶片零件主视图。图2位涡轮叶片零件剖视图，其中b、c、d、e处为内腔渗层检测位置(内腔整体渗铬铝，渗层深度0.01-0.04mm，其余表面不允许漏渗)。图3为渗盒结构示意图。图4为活化处理工艺。图5为真空扩散处理工艺过程。图6为实施例1工件渗层组织形貌。图7为实施例2工件渗层组织形貌。图8为实施例3工件渗层组织形貌。具体实施方式实施例1某发动机涡轮叶片由K465合金制造，叶片工作温度1000℃以上，为了满足叶片在高温、高速和大应力条件下的工作要求，在保证叶片内腔铬铝渗层的条件下，实现真空扩散热处理加工，以提高工件抗氧化、抗燃气热腐蚀等性能，具体为：铬铝渗层渗剂质量比配方：40％Cr—3％Al—10％Ni-Y—余量为Al2O3，另加入总重量的0.3％NH4Cl。渗剂活化处理工艺为：在200℃保温2h，以2℃/min的速度加热至1150±10℃，保温1h，随炉冷却至200℃，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。加热前将真空度抽至0.665MPa以下，在加热、保温及冷却至200℃过程中，真空工作压强小于0.665MPa。渗剂填入工件内腔及装入渗盒过程中，将叶片进、排气边孔用高温胶带密封，取活化好并烘干的渗剂粉末由榫头孔装入叶片内腔，不断震动使粉末充满，撕掉胶带，对进气边孔涂覆阻流剂，自然晾干，时间为2h，将叶片叶冠向下立放在渗盒内，填充焙烧过的氧化铝粉末，粉末厚度：上、下层不小于30mm，四周不小于20mm。真空扩散处理升温前将真空度抽至0.665MPa以下，升温过程与保温过程真空度保持在0.665MPa以下，升温速度为5℃/min。真空扩散处理制度为：工件装入量为60件，加热至550℃保温1.5h、在850±50℃保温1h、在1010±20℃保温2h、在1050±20℃保温2h、在1150±20℃保温1h、在1180±10℃保温0.5h、随炉冷却至200℃以下，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。工件内腔制备的铬铝渗层检测结果为：渗层深度16.87μm。实施例2铬铝渗层渗剂质量比配方：45％Cr—5％Al—10％Ni-Y—余量为Al2O3，另加入总重量的0.3％NH4Cl。渗剂活化处理工艺为：在250℃保温1.5h，以2.5℃/min的速度加热至1150±10℃，保温1-h，随炉冷却至250℃，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。加热前将真空度抽至0.665MPa以下，在加热、保温及冷却至250℃过程中，真空工作压强应小于0.665MPa。渗剂填入工件内腔及装入渗盒过程中，将叶片进、排气边孔用高温胶带密封，取活化好并烘干的渗剂粉末由榫头孔装入叶片内腔，不断震动使粉末充满，撕掉胶带，对进气边孔涂覆阻流剂，自然晾干，时间为3h，将叶片叶冠向下立放在渗盒内，填充焙烧过的氧化铝粉末，粉末厚度：上、下层不小于30mm，四周不小于20mm。真空扩散处理升温前将真空度抽至0.665MPa以下，升温过程与保温过程真空度保持在0.665MPa以下，升温速度为4℃/min。真空扩散处理制度为：工件装入量为60件，加热至550℃保温2h、在850±50℃保温1h、在1010±20℃保温2.5h、在1050±20℃保温2h、在1150±20℃保温1.5h、在1180±10℃保温45min、随炉冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法，其特征在于，工艺流程为：氧化铝粉焙烧→粉料烘干→铬铝渗层渗剂配置→球磨→烘干→渗剂活化处理→渗剂填入工件内腔→装入渗盒→真空扩散处理→清理→检验，其中，铬铝渗层渗剂质量比配方为40％‑50％Cr、3％‑6％Al、10％Ni‑Y、余量为Al2O3，另加入占总重量0.3％的NH4Cl。

【技术特征摘要】
1.一种提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法，其特征在于，工艺流程为：氧化铝粉焙烧→粉料烘干→铬铝渗层渗剂配置→球磨→烘干→渗剂活化处理→渗剂填入工件内腔→装入渗盒→真空扩散处理→清理→检验，其中，铬铝渗层渗剂质量比配方为40％-50％Cr、3％-6％Al、10％Ni-Y、余量为Al2O3，另加入占总重量0.3％的NH4Cl。2.按照权利要求1所述提高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法，其特征在于，所述渗剂活化处理具体工艺为：在200-300℃保温1-2h，以2-3℃/min的速度加热至1150±10℃，保温1-1.5h，随炉冷却至200-300℃，充氩气至0.1MPa，冷却至80℃以下出炉。3.按照权利要求1所述高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法，其特征在于：所述渗剂活化处理时，加热前将真空度抽至0.665MPa以下，在加热、保温及冷却至200-300℃过程中，真空工作压强应小于0.665MPa。4.按照权利要求1所述高涡轮叶片内腔表面抗氧化及腐蚀性能的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪尔达，蔡忠仁，杨江龙，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21