一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法技术

一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法，属于叶片修复技术，具体操作步骤为：(1)检查叶片表层外观，然后进行清洗、烘干、查孔、通孔、注蜡、涂胶处理；(2)采用酸洗处理方法去除叶片原有的涂层；(3)然后将叶片进行清洗，烘干，除蜡，查孔、通孔，测厚、表面无损检测，热着色检测，最终目视检查和质量确认；(4)叶片涂层再涂覆，检查。相对于现有技术，本发明专利技术大大节约了制造成本，并可推广到其他两涡两导叶片抗氧化涂层的修复中。本发明专利技术方法在去除涂层的情况下，不对基体造成任何腐蚀，并且可以进行多次去除而不影响基体的力学性能。

A life cycle repair method of anti-oxidation coating for working blades of high pressure turbine

【技术实现步骤摘要】
一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法
本专利技术属于叶片修复技术，具体涉及一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法。
技术介绍
航空发动机及燃气轮机涡轮叶片服役环境恶劣，其表面需涂敷防护涂层以提高零件服役寿命和可靠性。长期使用后出现叶身前缘表面涂层脱落、叶片涂层减薄和叶片涂层表面沉积环境附着物等问题，从而降低叶片的抗氧化腐蚀性能，导致叶片过早失效。随着发动机的大量交付和需求量的不断增大，使用到首翻期面临大修复的发动机数量在逐年快速增长，年修复量可达百台以上，通过对首翻期发动机的分解结果分析，高压涡轮叶片所使用的M(Ni，Co或Ni+Co)CrAlY(Si)抗氧化腐蚀涂层在首翻期后，Al含量明显降低，抗氧化腐蚀能力显著下降，已经到达使用寿命，迫切需要开展叶片涂层的修复技术研究。目前普遍采用的修复方法是利用干吹砂进行原有涂层的去除，然后在进行新涂层涂覆。但是由于吹砂力度的不均匀及涂层薄厚的不均匀性，造成原有涂层在去除过程中大量存在未去除干净或者过去除现象，严重影响叶片涂层的再涂覆和重新使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种化学法对到寿命的高压涡轮叶片抗氧化涂层进行去除的方法。具体为在完全去除涂层的情况下不对基体造成腐蚀，保持基体的各项力学性能，在重新涂覆新涂层，使其能够继续使用。实现本专利技术目的的技术方案按以下工艺步骤进行：步骤1，前处理工艺：检查叶片表层外观，确认有无伤痕，金相检查叶片涂层厚度，然后进行清洗、烘干、查孔、通孔、注蜡、涂胶；步骤2，原有涂层的去除：采用酸洗处理方法去除叶片原有的涂层，其中，酸洗液为加入有铁粉的硝酸、氢氟酸水溶液的混合物，具体每升酸液中各组分含量为硝酸：250～390ml/L，氢氟酸：10～15ml/L，铁粉：2～4g/L，余量为蒸馏水；操作步骤为：(1)当将配好的酸液倒入酸洗槽中，加热至槽液温度达到60～65℃，叶片以叶盆朝上方式放置，槽液保持搅拌状态，过程中控制溶液中各成分的含量；(2)当叶片在槽中放置一段时间后取出，在流动温水中擦掉叶身上的残渣，检查涂层去除情况；(3)如果涂层未去除干净，则在原基础上继续去除，直到目视除净为止，但总时间不得超过规定总时间；其中，若叶盆剩余涂层多，则叶盆朝下放置，若叶背剩余涂层多，则叶背朝下放置；步骤3，后处理工艺：然后将叶片进行清洗，烘干，除蜡，查孔、通孔，测厚、表面无损检测，热着色检测，最终目视检查和质量确认；其中，热着色检测方法，具体操作步骤为，首先对叶片非涂覆表面进行保护；然后使用氧化铝进行干吹砂，至叶片表面目视检查无金属光泽为止；最后将清洁的叶片置入空气循环炉内加热到570～590℃保温1h，空冷至室温；步骤4，叶片涂层再涂覆：(1)首先对叶片进行预处理，具体为湿吹砂，强水流冲洗，超声波清洗，丙酮浸洗，烘干，外观检测，离子清洗；(2)然后进行涂层涂覆，外观及金相检查。上述的高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法，其中：所述步骤1中，为避免槽液通过叶片表面气膜冷却孔和榫头进入叶片内腔腐蚀焊缝，在进行叶片涂层去除酸洗方案之前，对叶片内腔一侧焊缝和盖板采用注蜡保护措施，对其外表面采用涂胶保护。所述步骤2中，硝酸密度为1.4g/cm3，氢氟酸为活化剂，其含量为30％；硝酸和氢氟酸与M(Ni，Co或Ni+Co)CrAlY(Si)抗氧化层中的Al、Cr等金属元素反应，生成氧化产物，通过百洁布不断地擦拭，反应不断进行，M(Ni，Co或Ni+Co)CrAlY(Si)抗氧化层逐渐被去除；Fe粉起到缓解腐蚀高温合金叶片基体的作用，由于合金基体中的Al、Cr等元素比涂层中的含量低得多，再加上Fe粉的缓蚀作用，可以通过控制时间的方法在完全去除涂层的情况下不对合金基体造成任何腐蚀。所述步骤2(1)中，使用自动化酸碱滴定装置控制溶液中各成分的含量。所述步骤3中，氧化铝目数为80～180目，吹砂压力为0.2～0.3MPa；空冷后检查外观，外观呈金黄色表明原有涂层存在，呈褐色表明产生扩散渗层，呈蓝色表明只有底层金属，呈黄褐色表明既有原有涂层又有扩散渗层，继续使用干吹砂法对扩散渗层进行去除至表面无残余涂层渗层为止。所述步骤4中，湿吹砂采用粒度为180～250目的白刚玉砂，刚玉砂含量为20～35％，风压为0.2～04MPa，吹砂距离为180～350nm；水压为＞2kg/cm2；超声波清洗采用蒸馏水溶液，频率为20KHz，输出电压为220V/Hz或380V/Hz，清洗时间为8～10min；丙酮浸洗时间为15～30min；叶片烘干工温度为120～150℃，烘干时间为30～50min；真空电弧镀离子清洗工艺电弧电流为600～700A，工件电压为250V，清洗时间为2～4min。上述的一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法，技术方案为：(1)化学法去除涂层配方的研究考察化学配方溶液对使用后的涂层去除效果的影响，通过试验摸索全部去除原有涂层和去除局部表面被腐蚀涂层的工艺参数。开展去除工艺对涂层的金相和室温拉伸、高温持久和旋转弯曲疲劳力学性能的影响。(2)零件保护技术研究重点考察化学法去除原有涂层过程中气膜孔保护、叶尖焊料保护的可行性及其影响，研究不同化学配方对原有涂层的去除程度，设计并制造叶片酸洗和清洗的去除涂层(涂层和渗层是一体的，涂层在使用过程中与基体发生互扩散形成渗层)用工装。(3)残余渗层的去除和检验技术研究干吹砂法对叶片残余渗层去除效果的影响，重点研究不同吹砂压力和沙粒粒度对渗层的去除和对叶片壁厚的影响，研究涂层去除程度的判断方法和依据。(4)涂层再涂敷工艺研究原有涂层去除后表面状态对再涂敷过程的界面结合力可能会产生影响。通过研究表面预处理制度、残余涂层及热处理制度对涂层弯曲性能、热震性能和基体力学性能等的影响，确定涂层再涂敷工艺流程和工艺参数，去除再涂覆涂层叶片通过震动疲劳测试。根据前期调研的工艺线索，初步制定以下三种酸洗槽液配方：①硝酸+氢氟酸+铬酸酐②硝酸+氢氟酸+超声③硝酸+盐酸+磷酸去除工艺研制流程如图1所示。摸索发现以上三个酸洗槽液配方均可与涂层反应，其中，槽液①基体有明显的晶间腐蚀和点蚀；槽液②不与基体反应，在与涂层反应时，有明显的气体析出现象；槽液③基体出现点蚀。为了避免涂层去除工艺对基体的影响，选用槽液②进行实际叶片原有涂层去除试验。最终制定的叶片酸洗工艺流程如图2所示。图3(a)～(e)为高压涡轮叶片原有涂层经过槽液②去除过程各环节金相图，从图3(a)～(e)各环节图片可以观察到槽液②可以有效去除M(Ni，Co或Ni+Co)CrAlY(Si)涂层，且对定向凝固高温合金无过腐蚀现象。发动机高压涡轮工作叶片为叶身带冷却气膜孔的空心铸造叶片，叶尖采用钎焊工艺焊接盖板。酸洗试验发现，槽液②会对钎焊焊料产生腐蚀。因此，在制定叶片涂层去除酸洗方案时，需对叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，前处理工艺：检查叶片表层外观，确认有无伤痕，金相检查叶片涂层厚度，然后进行清洗，烘干，查孔，通孔，注蜡，涂胶；/n步骤2，原有涂层的去除：采用酸洗处理方法去除叶片原有的涂层，其中，酸洗液为加入有铁粉的硝酸、氢氟酸水溶液的混合物，具体每升酸液中各组分含量为硝酸：250～390ml/L，氢氟酸：10～15ml/L，铁粉：2～4g/L，余量为蒸馏水；具体操作步骤为：/n(1)当将配好的酸液倒入酸洗槽中，加热至槽液温度达到60～65℃，叶片以叶盆朝上方式放置，槽液保持搅拌状态，过程中控制溶液中各成分的含量；/n(2)当叶片在槽中放置一段时间后取出，在流动温水中擦掉叶身上的残渣，检查涂层去除情况；/n(3)如果涂层未去除干净，则在原基础上继续去除，直到目视除净为止，但总时间不得超过规定总时间；其中，若叶盆剩余涂层多，则叶盆朝下放置，若叶背剩余涂层多，则叶背朝下放置；/n步骤3，后处理工艺：然后将叶片进行清洗，烘干，除蜡，查孔、通孔，测厚、表面无损检测，热着色检测，最终目视检查和质量确认；其中，热着色检测方法，具体操作步骤为，首先对叶片非涂覆表面进行保护；然后使用氧化铝进行干吹砂，至叶片表面目视检查无金属光泽为止；最后将清洁的叶片置入空气循环炉内加热到570～590℃保温1h，空冷至室温；/n步骤4，叶片涂层再涂覆：/n(1)首先对叶片进行预处理，具体为湿吹砂，强水流冲洗，超声波清洗，丙酮浸洗，烘干，外观检测，装夹，离子清洗；/n(2)然后进行涂层涂覆，外观及金相检查。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高压涡轮工作叶片抗氧化涂层全寿命周期修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，前处理工艺：检查叶片表层外观，确认有无伤痕，金相检查叶片涂层厚度，然后进行清洗，烘干，查孔，通孔，注蜡，涂胶；
步骤2，原有涂层的去除：采用酸洗处理方法去除叶片原有的涂层，其中，酸洗液为加入有铁粉的硝酸、氢氟酸水溶液的混合物，具体每升酸液中各组分含量为硝酸：250～390ml/L，氢氟酸：10～15ml/L，铁粉：2～4g/L，余量为蒸馏水；具体操作步骤为：
(1)当将配好的酸液倒入酸洗槽中，加热至槽液温度达到60～65℃，叶片以叶盆朝上方式放置，槽液保持搅拌状态，过程中控制溶液中各成分的含量；
(2)当叶片在槽中放置一段时间后取出，在流动温水中擦掉叶身上的残渣，检查涂层去除情况；
(3)如果涂层未去除干净，则在原基础上继续去除，直到目视除净为止，但总时间不得超过规定总时间；其中，若叶盆剩余涂层多，则叶盆朝下放置，若叶背剩余涂层多，则叶背朝下放置；
步骤3，后处理工艺：然后将叶片进行清洗，烘干，除蜡，查孔、通孔，测厚、表面无损检测，热着色检测，最终目视检查和质量确认；其中，热着色检测方法，具体操作步骤为，首先对叶片非涂覆表面进行保护；然后使用氧化铝进行干吹砂，至叶片表面目视检查无金属光泽为止；最后将清洁的叶片置入空气循环炉内加热到570～590℃保温1h，空冷至室温；
步骤4，叶片涂层再涂覆：
(1)首先对叶片进行预处理，具体为湿吹砂，强水流冲洗，超声波清洗，丙酮浸洗，烘干，外观检测，装夹，离子清洗；
(2)然后进行涂层涂覆，外观及金相检查。


2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，程玉贤，邹卓，张春刚，王璐，
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