高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法
2023-09-12 11:09:40 2
高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法
【專利摘要】本發明涉及高溫合金熱端部件修復領域，具體為一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，（1）去除高溫合金熱端部件缺陷表面的氧化層等，使缺陷處呈現金屬光澤；（2）採用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，並塑化成型，隨後經高溫燒結；（3）將經B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置於填充金屬上方，進行高溫瞬態液相熔滲實現緻密化；（4）打磨清理；（5）將高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理。本發明可以解決高Al+Ti高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復強度低而報廢問題，可實現高強度連接，修複合格率高，適用於航空發動機、電力燃機和艦艇燃機的熱端部件經服役使用過程所引起的裂紋、燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷。
【專利說明】高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法【技術領域】:[0001]本發明涉及高溫合金熱端部件修復領域，具體為一種高溫合金熱端部件大間隙缺 陷瞬態液相熔滲修複方法。【背景技術】:[0002]航空發動機和工業燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片及噴咀等熱端部件在長期服役 過程中易引起裂紋、燒蝕洞、腐蝕坑及磨損等大間隙缺陷。隨著航空發動機和工業燃氣輪機 輸出功率的增大，熱端部件的這種磨損、腐蝕及燒蝕損傷失效愈嚴重。[0003]航空發動機和工業燃氣輪機熱端部件通常採用高溫力學性能和高溫抗氧化、抗腐 蝕性能優異的鎳基、鈷基合金製造，並採用複雜型面及冷卻結構設計。這些部件長期工作在 高溫高壓及冷熱循環等惡劣的環境中，易導致這些高溫合金熱端部件在使用過程中產生、 燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷，由於新件製造工藝複雜，生產成本高，若採用更換新件處 理，則會大幅提高航空發動機和工業燃氣輪機維修運行成本。另外，由於高溫合金熱端部件 大多由Al、Ti含量很高的鎳基高溫合金製造，具有很高的裂紋敏感性，當採用熔焊修復時， 易在焊接及焊後熱處理過程中形成裂紋，這就極大的限制了高溫合金熱端部件的修復與再 製造。[0004]由於缺乏適合的修複方法，目前許多高溫合金熱端部件的裂紋、燒蝕、磨損等缺陷 一旦超過允許使用標準就只能報廢處理。因此對受損高溫合金熱端部件進行修復具有非常 高的經濟價值。
【發明內容】
:[0005]本發明的目的在於提供一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方 法,解決高Al、Ti含量的鎳基、鈷基與鐵基高溫合金熱端部件裂紋、燒蝕洞、腐蝕坑及磨損 等大間隙缺陷難修復、強度低，不能及時可靠修復等問題。[0006]本發明的技術方案是:[0007]—種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，具體步驟如下:[0008](I)潔淨化處理[0009]採用機械法或化學法去除缺陷附近的衰變組織；[0010](2)多孔骨架製備[0011]採用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，並塑化成型，隨後經高溫燒結形成多孔 骨架結構；[0012](3)緻密化處理[0013]將經B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置於多孔骨架的上方或下方，進行高溫 瞬態液相熔滲緻密化處理，實現缺陷的空間性連結；[0014](4)打磨清理；[0015](5)均勻化處理[0016]將經瞬態液相熔滲修復後的高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理。
[0017]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，步驟(1)中，潔淨化處理時，採用機械法或化學法徹底去除缺陷附近的衰變組織，使缺陷附近呈現金屬光澤。
[0018]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，步驟(2)中，製備多孔骨架時，先製備填充大間隙缺陷空間的材料，隨後將此材料填充到大間隙缺陷空間中， 並保持已塑化成的形狀，填充材料為合金粉末:葉片基體合金粉末或其它鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用，塑化劑的加入量佔合金粉末重量的5~20*%。
[0019]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，步驟(3)中，將經 B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末，再經塑化處理後置於多孔骨架的上方或下方，進行高溫瞬態液相熔滲緻密化處理；緻密化處理所採用B、Zr或Hf活化處理的粉末材料；其中， 硼活化方法為硼粉、硼化物與合金粉末按重量比例為1:9~1:15,通過機械球磨處理活化
0.5~I小時；錯或鉿活化方法為錯粉或鉿粉與合金粉末按重量比例為1:9~1:15進行機械球磨處理0.5~I小時,錯粉或鉿粉粉末粒度為300目；活化處理後的合金粉末的塑化成型是通過向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入量佔合金粉末重量的5~20%。
[0020]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，步驟(2)和步驟
(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結多孔骨架結構，瞬態液相熔滲緻密化並與葉片基體形成一體，加熱燒結多孔骨架結構及瞬態液相熔滲緻密化是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，由脫塑化劑一多孔化燒結一熔滲緻密化一爐冷四個階段所構成，控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
[0021]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，脫塑化劑溫度為 100~400°C，時間為0.5~I小時；多孔化燒結溫度為1000~1200°C，時間為0.5~2小時；滲透緻密化溫度為1000~1250°C，時間為0.5~2小時；經過熔滲緻密化後，緻密度大於98%，強度為葉片基體合金的90%以上。
[0022]所述的高溫合金熱端 部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，步驟(5)是將經瞬態液相熔滲修復後的高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理；均勻化處理是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，均勻化處理溫度為1120~1210°C，時間為 8~16小時；控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
[0023]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長> 1.0mm ;裂紋寬度0.5mm~4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑，尺寸大小為①Imm~C^Omm ;磨損大間隙缺陷,尺寸0.5mm~2mm。
[0024]本發明的有益效果是:
[0025]1、採用本發明高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，可以實現服役損傷失效的航空發動機和工業燃氣輪機的熱端部件之幾何結構修復和顯微組織的調整。
[0026]2、本發明可實現高Al、Ti含量鎳基高溫合金熱端部件大間隙缺陷的近等強度修復連接，可延長高溫合金熱端部件的使用壽命。
[0027]3、本發明在鎳基高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復過程中，可實現高溫合金熱端部件的整體加熱，有效降低部件的明顯變形。
[0028]4、本發明可瞬態液相熔滲修復工藝與合金恢復熱處理工序合二為一，恢復高溫合金熱端部件的組織結構，進一步延長其使用性能，可大幅節約運行成本。[0029]5、本發明操作簡單，修復效率高，利於批量生產。[0030]6、本發明可以解決高Al+Ti高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復強度低而報廢問 題，可實現高強度連接，修復過程簡便快捷，可實現大批量同時處理，修複合格率高。[0031]7、本發明適用於諸如航空發動機、電力燃機和艦艇燃機的熱端部件經服役使用過 程所引起的裂紋、燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷。【具體實施方式】:[0032]本發明高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，具體步驟如下:[0033]( I)採用機械法或化學法去除缺陷附近的氧化層等衰變組織；(2)鎳基或鈷基合 金粉末填充缺陷空間，並塑化成型，隨後經高溫燒結形成多孔骨架結構；(3)將經B、Zr或Hf 活化處理的鎳基合金粉末經塑化處理後置於多孔骨架上方或下方，進行高溫瞬態液相熔滲 實現緻密化處理，實現缺陷的空間性連結；(4)打磨清理；(5)將經瞬態液相熔滲修復後的 高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理。[0034]其中，步驟(I)是潔淨化處理時，可採用機械法或化學法徹底去除缺陷附近的氧 化層、硫化物等衰變組織。[0035]其中，步驟(2)是填充大間隙缺陷空間的材料製備和隨後將此材料填充到大間隙 缺陷空間中，並保持已塑化成的形狀，填充材料可以是合金粉末:葉片基體合金粉末或其它 鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用， 塑化劑的加入量佔合金粉末重量的5?20%。[0036]其中，步驟(3)中將經B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末經塑化處理後置於多 孔骨架上方或下方，進行高溫瞬態液相熔滲實現緻密化處理。緻密化處理所採用的B、Zr或 Hf活化處理的粉末材料，硼活化方法為硼粉、硼化物與合金粉末按重量比例為1:9?1:15， 經機械球磨處理活化0.5?I小時；硼活化方法為硼化物、硼酸或硼酸鹽與合金粉末通過機 械球磨活化；錯或鉿活化方法為錯粉或鉿粉(粉末粒度為300目)與合金粉末按重量比例 為1:9?1:15進行機械球磨處理活化0.5?I小時。活化處理過的合金粉末的塑化成型 是通過向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入量佔合金粉末重量的5?20%。[0037]本發明中，塑化劑為起到塑化和成型作用的常規塑化劑，如:商用水基粘結劑 (Water binder-1),該塑化劑由泰州市艾瑞克新型材料有限公司提供。[0038]其中，步驟(2)和步驟(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結 多孔骨架結構，瞬態液相熔滲緻密化並與葉片基體形成一體，加熱燒結多孔骨架結構及瞬 態液相熔滲緻密化是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，由脫塑化劑 —多孔化燒結一熔滲緻密化一爐冷四個階段所構成，實時控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精 度為±10°C。[0039]其中，步驟(5)是將經瞬態液相熔滲修復後的高溫合金熱端部件在高溫下進行均 勻化處理。均勻化處理是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，均勻化 處理溫度為1120?1210°C，時間為8?16小時；實時控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精度為 + IO0C0[0040]其中，脫塑化劑溫度為100?400°C，時間為0.5?I小時；多孔化燒結溫度為1000~1200°C，時間為0.5~2小時；滲透緻密化溫度為1000~1250°C，時間為0.5~2 小時；經過熔滲緻密化後，緻密度大於98%，強度為葉片基體合金的90%以上。
[0041]其中，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長> 1.0mm;裂紋寬度
0.5mm~4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑，尺寸大小為Olmm~O20mm ;磨損大間隙缺陷，尺寸0.5mm~2_。
[0042]本發明中，大間隙缺陷填充鎳基合金材料，其成分如下(wt.% ):
[0043]
【權利要求】
1.一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，具體步驟如下:(1)潔淨化處理採用機械法或化學法去除缺陷附近的衰變組織；(2)多孔骨架製備採用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，並塑化成型，隨後經高溫燒結形成多孔骨架結構；(3)緻密化處理將經B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置於多孔骨架的上方或下方，進行高溫瞬態液相熔滲緻密化處理，實現缺陷的空間性連結；(4)打磨清理；(5)均勻化處理將經瞬態液相熔滲修復後的高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理。
2.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，步驟(1)中，潔淨化處理時，採用機械法或化學法徹底去除缺陷附近的衰變組織， 使缺陷附近呈現金屬光澤。
3.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，步驟(2)中，製備多孔骨架時，先製備填充大間隙缺陷空間的材料，隨後將此材料填充到大間隙缺陷空間中，並保持已塑化成的形狀，填充材料為合金粉末:葉片基體合金粉末或其它鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用，塑化劑的加入量佔合金粉末重量的5~20%。
4.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，步驟(3)中，將經B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末，再經塑化處理後置於多孔骨架的上方或下方，進行高溫瞬態液相熔滲緻密化處理；緻密化處理所採用B、Zr或Hf活化處理的粉末材料；其中，硼活化方法為硼粉或硼化物與合金粉末按重量比例為1:9~1:15， 通過機械球磨處理活化0.5~I小時；錯或鉿活化方法為錯粉或鉿粉與合金粉末按重量比例為1:9~1:15進行機械球磨處理0.5~I小時，鋯粉或鉿粉粉末粒度為300目；活化處理後的合金粉末的塑化成型是通過向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入 量佔合金粉末重量的5~20%。
5.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，步驟(2)和步驟(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結多孔骨架結構，瞬態液相熔滲緻密化並與葉片基體形成一體，加熱燒結多孔骨架結構及瞬態液相熔滲緻密化是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，由脫塑化劑一多孔化燒結一熔滲緻密化一爐冷四個階段所構成，控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
6.按照權利要求5所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，脫塑化劑溫度為100~400°C，時間為0.5~I小時；多孔化燒結溫度為1000~ 1200°C，時間為0.5~2小時；滲透緻密化溫度為1000~1250°C，時間為0.5~2小時；經過熔滲緻密化後，緻密度大於98 %，強度為葉片基體合金的90 %以上。
7.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，步驟(5)是將經瞬態液相熔滲修復後的高溫合金熱端部件在高溫下進行均勻化處理；均勻化處理是採用真空爐或惰性氣體保護下的熱處理爐升溫加熱過程，均勻化處理溫度為1120~1210°C，時間為8~16小時；控溫採用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
8.按照權利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態液相熔滲修複方法，其特徵在於，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長> 1.0mm ;裂紋寬度0.5mm~ 4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑,尺寸大小為Olmm~C>20mm ;磨損大間隙缺陷， 尺寸0.5mm~2mmo
【文檔編號】B23P6/00GK103551794SQ201310497017
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】謝玉江, 楊彥紅, 王明生, 韓旭 申請人:中國科學院金屬研究所