航空叶片表面激光仿形熔铸加工之工艺方法技术

本发明专利技术为一种对航空叶片易磨损表面进行预防或恢复尺寸处理的激光仿形熔铸加工方法。其工艺流程为：１）熔铸的叶片表面进行预处理；２）装上粉末仿形夹具；３）预热处理；４）均匀涂布确定高度的合金粉末；５）激光辐照熔铸加工和６）后续热处理。按此方法处理的叶片优点是：合金粉末利用率高，粉末的光吸收能力强和光能利用率高，采用低功能光束就可获得厚度较高的熔铸层，并且铸层性能好、接合强度高、耐磨、抗腐蚀。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对航空叶片易磨损表面进行预防护或恢复尺寸处理的激光仿形熔铸加工方法。目前航空切动机叶片通常是用高温合金制作，是燃气轮机的关键部件，叶片之叶尖与外环间或叶片之叶冠相互间的密封状态直接影响着发动机的动力性能和飞机的一次飞行寿命等。在发动机服役过程中叶片受到高温燃气的侵蚀，同时遭受到外密封环对叶尖或叶冠相互间相对磨擦，使叶片之叶尖或叶冠部发生严重腐蚀与磨损，尺寸减小，间隙增大，由此导致漏气和叶身剧烈振动，引起燃烧室温度上升，动力性能下降，甚至发生机毁人亡事故，为提高航空发动机的动力性能和一次飞行寿命，节约叶片的制造费用，需要对叶片易磨损伤部位事先进行表面改性处理或对已磨损了的部位进行尺寸恢复加工处理，但航空叶片的叶尖或叶冠部几何形状复杂，壁薄且叶身存在有多孔与防护涂层和工作环境荷刻等特点，传统的等离子喷涂(焊)弧焰焊，高温扩散焊等工艺由于其固有的涂层结合强度低，易剥落或较大输入热量引起叶片基体较大的热损伤，或需要使叶片整体加热到较高的温度引起叶片组织结构与表面涂层的改变等局限性而受到限制。近年来美国GE公司，德国MUT公司开始采用激光表面熔敷技术进行叶片、叶尖和叶冠的修复，它的主要
技术实现思路
1、熔敷材料为粉态或丝状，是采用喷涂法或粘接剂法或机械喂送法旋到待激光幅照的表面;2、粉末材料为Stelllte;3、材料的熔敷是采用数千瓦的高功率CO2激光器，光束功率密度10Kw/cm2以上;4、熔敷层的厚度为1.0mm左右。目前国内采用激光熔敷的曲型应用件有内燃机排气阀，是采用送粉装置喂送或采用有机胶或无机盐为粘结剂，将粉末置覆于阀门上的刻槽中，其缺点是氧量与碳量的增高，同时引起粉末活性的降低和比能的升高;直接送粉到激光幅照区方法对于薄壁件很难得到大于0.8mm较厚的均匀覆层等。为解决以上之不足，基于航空叶片的特点，提供一种激光表面仿形熔铸之加工工艺方法，对服役前后的叶片的叶冠或叶尖以及其它部位进行预涂层或尺寸修复，加工工艺方法简单，合金粉末利用率高，性能好、稳定。已有效的解决了航空叶片的修复问题。本专利技术之技术方案，激光表面熔铸加工工艺方法如下1)待熔铸的叶片表面进行予处理将其叶片清棱边，使表面见光，然后去油污，再作超声波漂洗，最后进行干燥;2)装上粉末仿形胎具将粉末仿形胎具置于待处理工件上;3)予热处理将修复的工件放入加热炉中，进行予热处理，要求叶片温度200℃～350℃，粉末温度50～150℃，时间皆为10～30分钟;4)均匀涂布确定高度的合金粉末此合金粉末含有适量的稀土化合物添加剂，有较高的自熔性，造渣性和流动性。对叶片的叶尖部和叶冠部的熔铸采用不同的粉末材料，粒度范围为-150目～-320目;5)激光辐照熔铸加工(1)予热的叶片被迅速地被置到处在微机控制二维工作台面上的叶片专用夹俱上，光束辐照轨迹是由可见光和机械法互补校正;(2)在大气下或在惰性气体或氢气与惰性气体混合气氛下激光光束对加工表面垂直辐照熔铸成形加工;(3)激光熔铸加工参数为功率0.3～1.0kw;扫描速度2.0～10mm/sec;功率密度5～10×1Kw/cm2;6)后续热处理将熔铸加工后的叶片迅速地送入炉中稳定化处理，炉温450～700℃;气氛真空，空气或N2或惰性气体。本专利技术之优点合金粉末利用率高;粉末的光吸收能力和光能的利用率高，总的光能量输入为数百瓦就能形成宽3.0mm，高1.5mm之内的熔铸层;可以获得比预置粉末的厚度更高的熔铸层，同时可实现对数百微米厚的薄壁端表面上熔铸加工处理，加工的寿命耐高温、抗腐蚀、寿命长。本专利技术之实施例实施例1叶片的平行冠表面的激光熔铸加工，叶冠几何为棱形，其内侧为铸造弧坡面，壁厚2.0mm，长度2.5mm。选用CO2连续横流激光器(人，10.6mm，多模)，粉末材料为ICP-01(CoCrW型，含有0.8wt%R2O3-200目)装上平行冠的粉末胎具，并置于300℃箱式炉内预热，15分钟后取出，迅速地置在该种叶片的专用夹具上，经He-Ne光验证待加工表面与光束位置无误后，涂布上0.5mm厚的粉末，即启动气廉和光栏辐照，在微机控制下的工作台带动叶片按确定轨迹运动，从而完成激光连续熔铸过程，并获得厚度为0.8mm，长为26mm，宽为2.0mm的耐磨合金铸层。激光功率550W，扫描速度3.3mm/Sec保护气体，空气，后续保温450°6小时。合金铸层检测(1)全相细密的枝晶组织，微米级第二相，无孔洞疏松和缩孔，(2)结合介面无假焊与夹层，过渡区宽度2～5μm;(3)硬度 HV100g600～700。实施例2叶片的叶尖端面的激光熔铸加工叶尖端面几何形状类同与空心机翼的截面状，其周边壁厚为0.5到1.2mm变动尺寸，两壁之间的间距最小1mm左右，最大10mm左右，并且在其邻近有无数细小的通气孔，叶身有较大的扭转角。选用CO2连续横流激光器(入10.6mm，多模)，粉末材料为ICP-02(CoCrW型0.4wt%R2O3-320目)装上叶尖的粉末胎具，置于350℃炉中，预热30分钟后取出，直接插入此种叶片的专用夹具上，经He-Ne光和机械指示针最终校正光束辐照轨迹与叶尖形状相吻合后，涂布1.0mm厚的粉末，即启动气廉和光栏辐照，借微机控制下工作台带动叶片运动完成激光连续熔铸过程，由此获得厚约1.5mm，宽约0.7～1.3mm的强度较高的耐磨抗蚀合金铸层。激光功率 450W，扫描速度3.0mm/Sec保护气体Ar气和H2的混合气体后续保温700℃ 20小时。合金铸层检测金相细密的枝晶组织，无明显的第二相，无孔洞与疏松;结合界面无假焊与夹层，过渡区宽度为4～8μm硬度 HV100g 500～600。权利要求1.一种，其特征是由下列工艺流程组成1)待熔铸的叶片表面进行予处理；2)装上粉末仿形胎具，将粉末仿形胎具置于待处理工件上；3)预热处理将修复的工件放入加热炉中进行予热处理；4)均匀涂布确定高度的合金粉末；5)激光辐照熔铸加工；6)后续热处理。2.按权利要求1所述之，其特征是1)待熔铸的叶片表面进行予处理，是将其叶片清棱边，使表面见光然后去油污，再作超声波漂洗，最后进行干燥。3.按权利要求1所述之，其特征是3)予热处理，是将修复的工件放入加热炉中，进行予热加温，要求叶片温度200～350℃，粉末温度50～150℃，时间为10～30分钟。4.按权利要求1所述之，其特征是4)均匀涂布确定高度的合金粉末是此合粉末含有适量的稀土化合物添加剂，有较高的自熔性，造渣性和流动性，对叶片的尖和冠的熔铸采用不同粉末材料，粒度范围-150目～-320目。5.按权利要求1所述之，其特征是5)激光辐照熔铸加工是将予热的叶片被迅速地被置到处在微机控制二维工作台面上的叶片专用夹具上，光束辐照轨迹是由可见光和机械法互补校正;在大气下或在惰性气体或氢气与惰性气体混合气氛下激光光束对加工表面垂直辐照熔铸成形加工;激光熔铸加工参数功率 0.3～1.0kw 扫描速度 2.0～10mm/Sec功率密度 5～10×1Kw/cm2。6.按权利要求1所述之，其特征是6)后续热处理是将熔铸加工后的叶片迅速地送入炉中稳定化处理，炉温450～700℃;气氛真空、空气或N2或惰性气体。全文摘要本专利技术为一种对航空叶片易磨损表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空叶片表面激光仿形熔铸加工之工艺方法，其特征是由下列工艺流程组成：１）待熔铸的叶片表面进行予处理；２）装上粉末仿形胎具，将粉末仿形胎具置于待处理工件上；３）预热处理：将修复的工件放入加热炉中进行予热处理；４）均匀涂布确定高度的合金粉末；５）激光辐照熔铸加工；６）后续热处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴维，王茂才，龙康，单国友，肖冰，邓玉清，白林祥，
申请(专利权)人：中国科学院金属腐蚀与防护研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]