一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法技术

本发明专利技术属于TRT叶片制造技术领域，公开了一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，首先根据叶片三维模型数据设计金属基体、金属陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层，得到叶片的三维模型数据；对叶片的三维模型数据进行处理，输出分层数据；将分层数据导入3D打印机，完成整个叶片素坯的成形；将素坯放入烧结炉中，升温去除素坯中的粘接剂；采用浸渍方法使叶片表面的陶瓷层孔隙率降低；对经过浸渍的叶片放在热等静压炉或者进行烧结，最终得到TRT设备叶片。获得的TRT设备叶片，表面陶瓷层厚度可控，金属‑陶瓷过渡层与金属基体及表面陶瓷层结合强度优于热喷涂工艺，表面陶瓷层防腐蚀性能及耐冲刷性能可以满足TRT叶片件的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法
本专利技术属于TRT叶片制造
，涉及一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法。
技术介绍
高炉煤气余压透平发电装置(BlastFurnaceTopGasRecoveryTurbineUnit,简称TRT)利用高炉冶炼的副产品-高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气经透平膨胀做功，将其转换成机械能，进而驱动发电机发电的节能产品。该设备既回收了原来在减压阀组浪费的能量，又净化了煤气，且极大改善了高炉炉顶压力的控制品质，经济效益明显。为获取最大效益，炼钢企业的TRT设备均是全天候开机使用(除去检修时间)。但是由于高炉煤气中含有大量的灰尘颗粒、高温饱和水蒸气及因高炉原料不纯而产生的多种酸性气体，即使经过净化装置除尘、除硫等，仍然存在部分残留，最终进入TRT装置的是气-汽-固组成的多相流。净化后的高炉煤气进入TRT装置后，因膨胀做功，温度逐渐降低，煤气中的酸性气体溶解在凝结水中，会在叶片表面形成一层酸性水膜，对叶片表面透水腐蚀。炉尘在气流带动下，流过金属表面时会产生滑动磨损和直射磨损，导致叶片表面被快速磨损及腐蚀，在此双重作用下，不仅使TRT设备输出功率下降，而且极大缩短了叶片寿命，降低了TRT设备维修周期。为提高TRT叶片的抗冲刷和耐腐蚀性能，现有方法是采用等离子喷涂技术在TRT叶片表面喷涂一层厚度约300-400μm陶瓷、合金或金属材料，使其与叶片工作表面形成附着牢固的表面层，赋予基体表面耐磨、耐蚀、耐高温氧化等性能。经过装机试验，经等离子喷涂的TRT叶片在炼钢厂的使用中运行使用，涂层具有优良的抗腐蚀和耐磨损性能，取得了显著效果。但是由于各地炼钢厂的煤气成分各异，在使用过程中发现采用等离子喷涂的叶片虽然较未进行喷涂的叶片使用时间长，但是在使用过程中由于涂层厚度均匀性或封孔原因，涂层局部会产生无规律地损坏、脱落，在涂层脱落部位产生严重的腐蚀和磨损，破坏转子动平衡，导致TRT设备停机，影响设备正常使用。
技术实现思路
针对现有陶瓷涂层工艺存在的问题，本专利技术提供了一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，用于解决TRT叶片表面陶瓷层与金属基体结合强度低，涂层厚度不易控制，导致涂层脱落的难题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，包括以下步骤：1)根据叶片原始三维数据及技术参数要求，设计金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层，得到叶片三维模型；2)对叶片三维模型进行数据处理，输出分层数据，将分层数据导入3D打印机；3)在零件成形区域完成金属粉末、陶瓷粉末和金属陶瓷混合粉末的铺粉，使粉末表面平整；4)在零件成形区域喷射粘接剂，使零件成形部位的陶瓷粉末和金属粉末成为一体；5)工作平台下降一个层厚；6)重复步骤3)至步骤5)，直至完成整个叶片素坯；7)将叶片素坯取出，清除表面粉末后，将叶片素坯进行脱脂和预烧结；8)对叶片素坯表面陶瓷层进行浸渍；9)通过烧结工艺使金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层中的固体颗粒相互键连，使叶片致密化，最终获得TRT叶片。进一步，步骤3)中，陶瓷粉末采用氧化锆、氧化铝、氧化硅、碳化硅或碳化硼。进一步，步骤3)中，金属粉末采用2Cr13、0Cr17Ni4Cu4Nb、00Cr17Ni14Mo2、1Cr18Ni12Mo2Ti或1Cr11Ni2W2MoV。进一步，步骤3)中，金属粉末、陶瓷粉末和金属陶瓷混合粉末的铺设由多个喷嘴供粉，铺粉完成后由刮刀刮平。进一步，步骤3)中，金属粉末的粒径为5-53μm，陶瓷粉末粒径为1-100μm。进一步，步骤5)中，粘接剂采用酚醛树脂、呋喃树脂、尿烷树脂或环氧树脂。进一步，步骤6)中，层厚为0.05～0.3mm。进一步，步骤7)中，将叶片素坯进行脱脂和预烧结具体为：将叶片素坯放入烧结炉中升温至550～700℃，保温2小时。进一步，步骤9)中，烧结工艺采用热等静压工艺、闪烧工艺、放电等离子烧结、微波烧结或电火花烧结工艺。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，基于3D打印技术成形叶片素坯，结合金属陶瓷梯度材料成形原理，利用粘接剂，实现表面陶瓷层、过渡层和金属基体一次粘接成形，通过逐层累加，表面陶瓷层和金属基层之间通过金属陶瓷材料过渡层结合，最终实现TRT叶片金属基体和表面陶瓷层一体化成型，得到叶片素坯；之后将打印完成的叶片素坯放入真空脱脂炉中，升温去除叶片中的粘接剂；然后利用浸渍工艺，对叶片的表面陶瓷层进行浸渍，降低陶瓷材料孔隙率；最后通过烧结工艺使叶片金属基体、过渡层和表面陶瓷层中的固体颗粒相互键连，粉体产生颗粒粘结，使其致密化，提高叶片强度，在烧结过程中实现金属和陶瓷双向原子扩散，结合强度优于热喷涂工艺。相比于TRT设备叶片当前制造工艺(先模锻、数控加工、最后喷涂)，采用本专利技术获得的TRT叶片，表面陶瓷层厚度、形状可根据防腐蚀需求设计，分布部位、厚度可控；可实现陶瓷、金属两种材料一体成型，无需复杂的喷涂工艺，实现防腐蚀的要求，使用寿命可达到2年，超过喷涂叶片，提高设备使用周期，降低维护使用成本；可实现小批量复杂形状TRT叶片零件的定制化加工。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本专利技术利用3D打印工艺快速成形具有表面陶瓷层的TRT叶片，包括以下步骤：1)基于待加工的TRT设备叶片三维模型，设计金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层，金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层的厚度为0.5-3.0mm；2)将多材料的叶片数据模型导入数据处理软件，进行数据处理，输出分层数据，将分层数据导入陶瓷金属多材料3D打印设备中，同时完成陶瓷粉末、金属粉末及粘接剂等材料的准备；3)利用多个喷头完成每层粉末的铺设，基体、过渡层和表面层按照设计要求铺设相应材料，其余部分铺设陶瓷粉末，并利用带真空吸附功能的刮刀将其刮平，将多余的粉末送入回收罐；4)利用喷头将粘接剂铺放在零件成形部位，使单层素坯粘接成形，确保本层粉末及相邻层间可靠粘接；5)工作平台下降一个层厚0.05-0.3mm；6)重复步骤3)至5)，完成整个叶片素坯的成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)根据叶片原始三维数据及技术参数要求，设计金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层，得到叶片三维模型；/n2)对叶片三维模型进行数据处理，输出分层数据，将分层数据导入3D打印机；/n3)在零件成形区域完成金属粉末、陶瓷粉末和金属陶瓷混合粉末的铺粉，使粉末表面平整；/n4)在零件成形区域喷射粘接剂，使零件成形部位的陶瓷粉末和金属粉末成为一体；/n5)工作平台下降一个层厚；/n6)重复步骤3)至步骤5)，直至完成整个叶片素坯；/n7)将叶片素坯取出，清除表面粉末后，将叶片素坯进行脱脂和预烧结；/n8)对叶片素坯表面陶瓷层进行浸渍；/n9)通过烧结工艺使金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层中的固体颗粒相互键连，使叶片致密化，最终获得TRT叶片。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据叶片原始三维数据及技术参数要求，设计金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层，得到叶片三维模型；
2)对叶片三维模型进行数据处理，输出分层数据，将分层数据导入3D打印机；
3)在零件成形区域完成金属粉末、陶瓷粉末和金属陶瓷混合粉末的铺粉，使粉末表面平整；
4)在零件成形区域喷射粘接剂，使零件成形部位的陶瓷粉末和金属粉末成为一体；
5)工作平台下降一个层厚；
6)重复步骤3)至步骤5)，直至完成整个叶片素坯；
7)将叶片素坯取出，清除表面粉末后，将叶片素坯进行脱脂和预烧结；
8)对叶片素坯表面陶瓷层进行浸渍；
9)通过烧结工艺使金属基体、金属-陶瓷梯度材料过渡层及表面陶瓷层中的固体颗粒相互键连，使叶片致密化，最终获得TRT叶片。


2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，其特征在于，步骤3)中，陶瓷粉末采用氧化锆、氧化铝、氧化硅、碳化硅或碳化硼。


3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的TRT叶片的制备方法，其特征在于，步骤3)中，金属粉末采用2Cr13、0Cr17Ni4Cu4Nb、00Cr17Ni14M...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟召，苗恺，
申请(专利权)人：陕西博鼎快速精铸科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61