一種單晶鑄造葉片表麵塑性變形層化銑技術的製作方法

2023-08-22 18:44:26

專利名稱：一種單晶鑄造葉片表麵塑性變形層化銑技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及葉片表面處理技術領域，具體涉及一種單晶鑄造葉片表麵塑性變形層化銑技術。
背景技術：
單晶鑄造葉片製造技術是航空發動機研製中的關鍵技術之一。然而在單晶葉片鑄造過程中如果產生塑性變形層，將直接導致葉片性能下降甚至失效。一旦鑄造過程中形成了塑性變形層，將嚴重影響葉片的使用壽命，嚴重的甚至產生失效，因此去除單晶葉片鑄造過程中表面的變形層是單晶鑄造葉片製造中必須解決的技術難題。目前並沒有關於這方面的專利和文獻資料
發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種單晶鑄造葉片表麵塑性變形層化銑技術，防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，使處理後的發動機葉片滿足設計要求，提高了發動機單晶鑄造葉片使用的可靠性。實現本發明目的的技術方案是按如下步驟進行
(1)對葉片進行表面處理根據鑄造葉片表面汙染情況，通常採用水洗方法去除葉片表面的多餘汙物，如有油潰採用常用的鋼件化學除油處理方法；
(2)為防止空心葉片內腔腐蝕，採用塗蠟或塗漆的方式對葉片局部進行絕緣保護處
理；
(3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為30 40°C，化銑速度為2. O 4. 5 μ m/min,化銑深度30 100 μ m ;單位體積化銑液中的各組分組成為150 250ml/l硝酸，80 130ml/l鹽酸，80 130ml/l氫氟酸，150 250g/l三氯化鐵，40 60ml/l醋酸，O. 3 I. Og/Ι十二烷基硫酸鈉，15 30g/l活性碳；
溫度對化銑過程有重要影響，對腐蝕速率的影響最大，由於化銑過程是一個放熱過程，隨著溫度的提高化銑反應速度急劇上升，所以當溫度達到一定高度後，如果裝載量又較大，瞬間就會使溫度急劇上升，出現難以控制的局面。因此最後確定化銑最佳溫度範圍是30 40 0C ；
(4)化銑處理後通過水洗去除葉片表面的化銑液，然後去除絕緣保護層後再用流動水進行徹底清洗；
(5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度200 250°C，除氫時間180 195min ；
所述的步驟(2)中的塗蠟採用工作溫度< 50°C的蠟，由石蠟、黃蠟和松香按任意配比組成；
所述的步驟(2)中的塗蠟步驟是，首先將蠟加熱到60°C以上，待蠟完全熔化後，採用脫脂棉蘸蠟封堵葉片的小孔，然後再對葉片需要保護的部分進行塗蠟，最後去除多餘的蠟；所述的步驟(2)中的塗漆採用AC-850漆；
所述的步驟(2)中的塗漆步驟是，首先採用膠袋或膠布封堵葉片的小孔，採用脫脂棉蘸漆封堵葉片中較大的孔，然後對葉片需要保護的部分進行塗漆，在室溫下乾燥後再進行第_■遍塗漆，最後去除多餘的漆；
所述的步驟(3)中的化銑處理，每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l，化銑溫度是影響化銑腐蝕速度的主要因素，而影響溫度上升的主要原因就是每一次單位體積化銑液處理葉片的面積，由於化銑過程是一個放熱過程，當單位容積化銑處理面積較小時，產生的大部分熱量將會被化銑溶液自行對流、擴散消化掉，只能造成溫度小幅上升甚至不上升，但是當每一次單位體積化銑液處理葉片的面積較大時，由於產生的熱量難以通過化銑溶液消散，就會造成溫度大幅上升，並隨著化銑時間的延長聚集的熱量會越來越多，從而造成溫度急劇上升，嚴重的甚至造成化銑溶液沸騰，既影響化銑質量，又汙染環境並傷害操作者，所以化銑處理面積越大溫度的控制難度越大，最終確定每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2 dm2/l ;
所述的步驟(3)中的化銑處理，單位體積化銑液處理的葉片面積上限為2 3 dm2/l，在化銑過程中主要通過化銑腐蝕速率考核化銑溶液是否老化，確定當單位體積化銑液處理的葉片面積為2 3 dm2/l，化銑液報廢。與現有技術相比，本發明的特點及其有益效果是
1.單晶鑄造中的再結晶問題一直是制約單晶鑄造葉片研製的關鍵問題之一，本技術通過特種化學銑削技術去除葉片表面的塑性變形層達到了防止葉片產生再結晶的目的，滿足了設計要求，顯著提高了發動機葉片使用的可靠性；
2.對採用本發明方法進行化銑處理後的葉片通過進行熱處理，葉片表面沒有再結晶產生，表明本發明方法達到了防止葉片產生再結晶的目的。而且化銑處理後的葉片表面均勻、沒有缺陷以及選擇性腐蝕現象產生。


圖I為實施例I化銑深度30 μ m的葉片的橫斷面金相圖片；
圖2為實施例2化銑深度50 μ m的葉片的橫斷面金相圖片；
圖3為實施例3化銑深度60 μ m的葉片的橫斷面金相圖片；
圖4為實施例4化銑深度100 μ m的葉片的橫斷面金相圖片；
圖5為實施例I化銑處理後葉片表面形貌圖。
具體實施例方式下面結合實施例和說明書附圖對本發明作詳細說明，但本發明的保護範圍不僅限於下述的實施例
使用XL-30FEG掃描電子顯微鏡及配套光譜對化銑處理後的葉片進行表面分析。實施例I :
(1)對葉片進行表面處理採用水洗去除葉片表面的多餘物；
(2)將由石蠟、黃蠟和松香組成的蠟加熱到70°C，待蠟完全熔化後，採用脫脂棉蘸蠟封堵葉片的小孔，然後再對葉片需要保護的部分進行塗蠟，最後去除多餘的蠟；(3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為30°C，化銑速度為2. O μ m/min,化銑深度30 μ m,每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l，單位體積化銑液中的各組分組成為150ml/l硝酸，80ml/l鹽酸，80ml/l氫氟酸，150g/l三氯化鐵，40ml/l醋酸，O. 3g/l十二烷基硫酸鈉，15g/l活性碳，當單位體積化銑液處理的葉片面積為2dm2/l,更換化統液；
(4)化銑處理後採用水洗去除化銑液，然後去除絕緣保護層後再用流動水進行徹底清
洗；
(5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度200°C，除氫時間ISOmin；
如圖I所述，當化銑平均腐蝕深度為30 μ m時，腐蝕溝槽普遍為15 20 μ m ;
對葉片進行了螢光性能測試，檢測部位包括葉片整個部位，測試精度為4級，檢測結論 是葉片無缺陷顯示；
如圖4所示化銑後的葉片表面均呈現出「壟溝狀」的形貌，這是單晶鑄造材料化銑後的腐蝕特徵，對「壟溝」的凸面和凹面進行高倍電鏡觀察，發現其組織特徵完全一致，這表面化洗液並沒有對基體產生選擇性腐蝕；
在熱處理後通過目視即可看出，化銑後的葉片沒有塑性變形層顯示，表面的塑性變形層已經被去除，達到了預期效果。實施例2
(1)對葉片進行表面處理採用丙酮去除葉片表面的汙潰；
(2)首先採用膠袋封堵葉片的小孔，採用脫脂棉蘸漆封堵葉片中較大的孔，然後對葉片需要保護的部分進行塗漆，在室溫下乾燥後再進行第二遍塗漆，最後去除多餘的漆，採用的漆為AC-850漆；
(3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為35°C，化銑速度為3. O μ m/min,化銑深度50 μ m,每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l，單位體積化銑液中的各組分組成為200ml/l硝酸，100ml/l鹽酸，100ml/l氫氟酸，180g/l三氯化鐵，40ml/l醋酸，O. 5g/l十二烷基硫酸鈉，20g/l活性碳。當單位體積化銑液處理的葉片面積為3 dm2/1，更換化銑液；
(4)化銑處理後採用水洗去除化銑液，然後去除絕緣保護層後再用流動水進行徹底清
洗；
(5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度250°C，除氫時間195min；
如圖2所述，當化銑平均腐蝕深度為50 μ m時，腐蝕溝槽普遍為20 25 μ m ;
在熱處理後通過目視即可看出，化銑後的葉片沒有塑性變形層顯示，表面的塑性變形層已經被去除，達到了預期效果。實施例3
(1)對葉片進行表面處理採用水洗去除葉片表面的多餘物；
(2)首先採用膠布封堵葉片的小孔，採用脫脂棉蘸漆封堵葉片中較大的孔，然後對葉片需要保護的部分進行塗漆，在室溫下乾燥後再進行第二遍塗漆，最後去除多餘的漆，採用的漆為AC-850漆；
(3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為38°C，化銑速度為4. O μ m/min,化銑深度60 μ m,每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l，單位體積化銑液中的各組分組成為200ml/l硝酸，100ml/l鹽酸，100ml/l氫氟酸，200g/l三氯化鐵，50ml/l醋酸，O. 6g/l十二烷基硫酸鈉，20g/l活性碳，當單位體積化銑液處理的葉片面積為2. 5dm2/l，更換化銑液；
(4)化銑處理後採用溫水去除化銑液，然後去除絕緣保護層後再用流動水進行徹底清
洗；
(5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度230°C，除氫時間190min；
如圖3所述，當化銑平均腐蝕深度為60 μ m時，腐蝕溝槽普遍為25 30 μ m ;
在熱處理後通過目視即可看出，化銑後的葉片沒有塑性變形層顯示，表面的塑性變形層已經被去除，達到了預期效果。實施例4:
(1)對葉片進行表面處理採用水洗去除葉片表面的多餘物；
(2)將由石蠟、黃蠟和松香組成的蠟加熱到65°C，待蠟完全熔化後，採用脫脂棉蘸蠟封堵葉片的小孔，然後再對葉片需要保護的部分進行塗蠟，最後去除多餘的蠟；
(3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為40°C，化銑速度為4. 5 μ m/min,化銑深度100 μ m,每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l，單位體積化銑液中的各組分組成為250ml/l硝酸，130ml/l鹽酸，130ml/l氫氟酸，250g/l三氯化鐵，60ml/l醋酸，I. Og/Ι十二烷基硫酸鈉，30g/l活性碳，
(4)化銑處理後採用水洗去除化銑液，然後去除絕緣保護層後再用流動水進行徹底清
洗；
(5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度200°C，除氫時間ISOmin；
如圖4所述，當化銑平均腐蝕深度為100 μ m時，腐蝕溝槽普遍為40 50 μ m ;
對葉片進行了螢光性能測試，檢測部位包括葉片整個部位，測試精度為4級，檢測結論
是葉片無缺陷顯示；
在熱處理後通過目視即可看出，化銑後的葉片沒有塑性變形層顯示，表面的塑性變形層已經被去除，達到了預期效果。
權利要求
1.一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，按以下工藝步驟進行 (1)對葉片進行表面處理採用溫水去除葉片表面的汙潰和油潰； (2)採用塗蠟或塗漆的方式對葉片局部進行絕緣保護處理； (3)對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為30 40°C，化銑速度為3. O 4. 5 μ m/min,化銑深度30 60 μ m,單位體積化銑液中的各組分組成為150 250ml/l硝酸，80 130ml/l鹽酸，80 130ml/l氫氟酸，150 250g/l三氯化鐵，40 60ml/l醋酸，O. 3 I. Og/Ι十二烷基硫酸鈉，15 30g/l活性碳； (4)化銑處理後採用溫水去除化銑液，然後去除絕緣保護層後再進行清洗； (5)最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理，除氫溫度200 250°C，除氫時間180 195min。
2.根據權利要求I所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的塗蠟採用工作溫度< 40°C，由石蠟、黃蠟和松香組成。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的塗蠟步驟是，首先將蠟加熱到40°C以上，待蠟完全熔化後，採用脫脂棉蘸蠟封堵葉片的小孔，然後再對葉片需要保護的部分進行塗蠟，最後去除多餘的臘。
4.根據權利要求I所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的塗漆採用AC-850漆。
5.根據權利要求I或權利要求2所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(2)中的塗漆步驟是，首先採用膠袋或膠布封堵葉片的小孔，採用脫脂棉蘸漆封堵葉片中較大的孔，然後對葉片需要保護的部分進行塗漆，在室溫下乾燥後再進行第二遍塗漆，最後去除多餘的漆。
6.根據權利要求I所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(3)中的化銑處理，每一次單位體積化銑液處理葉片的面積為O. 2dm2/l。
7.根據權利要求I所述的一種防止單晶葉片再結晶的化銑工藝方法，其特徵在於所述的步驟(3)中的化銑處理，單位體積化銑液處理的葉片面積上限為2 3 dm2/l。
全文摘要
本發明涉及葉片表面處理技術領域，具體涉及一種單晶鑄造葉片表麵塑性變形層化銑技術。首先對葉片進行表面處理，然後對葉片進行化銑處理採用化銑液對葉片進行化銑處理，化銑溫度為30～40℃，化銑速度為3.0～4.5μm/min，化銑深度30～60μm，單位體積化銑液中的各組分組成為150～250ml/l硝酸，80～130ml/l鹽酸，80～130ml/l氫氟酸，150～250g/l三氯化鐵，40～60ml/l醋酸，0.3～1.0g/l十二烷基硫酸鈉，15～30g/l活性碳；最後在除氫爐內對葉片進行除氫處理。使處理後的發動機葉片滿足設計要求，提高了發動機單晶鑄造葉片使用的可靠性。
文檔編號C30B33/10GK102817034SQ201210304528
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者冮冶, 楊樹林, 李晗曄, 杜景源, 劉志強 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司