一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法
2023-09-17 02:47:20
專利名稱：一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法
技術領域：
本發明涉及合金表面高溫腐蝕與防護領域，特別提供了一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法。
背景技術：
K465合金葉片在氧化過程中表面生成了大量非保護性的氧化物，基體還出現了內氧化和內氮化，因此該合金在高溫使用時需要施加塗層進行保護。單滲鋁塗層在1000°c 氧化是具有一定抗氧化能力；在1100°C氧化300h後塗層退化嚴重，失去保護作用。濺射 NiCrAlY塗層由於柱狀納米晶結構和Cr元素的共同作用，在1000°C氧化時表面形成了緻密 α-Al2O3保護膜，表現出很好的抗氧化性能；但在1100°C氧化時，Al2O3保護膜由於應力開裂和Al過度消耗而不能得到維持，抗氧化性能急劇下降。現有的固體鉻鋁共滲法和料漿滲法不能在帶有內腔的零件表面製備滲層；而氣相滲法需要複雜的工裝夾具，到目前為止，也不能滿足內腔滲層的要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，以解決以往無法在帶有內腔的零件表面製備滲層和抗高溫氧化、腐蝕性能差的問題。金屬在室溫或高溫環境工作時是不穩定的，它們都在不同程度地遭受腐蝕，不是在室溫水溶液中被腐蝕，就是再高溫下被氧化，從而遭到破壞或變質。本發明是在合金葉片表面滲入元素鎳鉻、鉻鋁，在高溫工作環境下，表面形成Cr203、Al2O3緻密薄膜，抵抗在 IOOO0C以上工作過程的腐蝕和氧化行為，尤其對於鎳基高溫合金效果更為明顯，優選K465 銀基尚溫合金ο本發明提供了一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，其特徵在於具體的製備步驟如下，
——製備滲劑
(1)、製備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鎳鉻滲劑；
鉻粉7% 10% ；鎳粉M% 27% ；
三氧化二鋁粉 60% 62%;鎳-釔合金粉 3% 5%;
氯化銨餘量；
其中，鉻粉、鎳粉、鎳-釔合金粉為滲劑材料，能夠形成滲層；三氧化二鋁粉為填充劑， 其隔離作用，防止其他粉末燒結；氯化銨為活化劑。(2)、製備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鉻鋁滲劑；
鉻粉38% 40% ；鋁粉4% 6% ；
三氧化二鋁粉 51% 53%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨餘量；
其中，鉻粉、鋁粉、鎳-釔合金粉為滲劑材料，能夠形成滲層；三氧化二鋁為填充劑，其隔離作用，防止其他粉末燒結；氯化銨為活化劑。——焙燒滲劑
(3)、將(1)中製備的鎳鉻滲劑經1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然後用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內待用；
(4)、將(2)中製備的鉻鋁滲劑經1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然後用60目篩子過篩，裝入密封的容器內待用；
將兩種滲劑進行焙燒其目的為是滲劑材料形成中間化合物，如氯化鉻、氯化鋁等，使滲劑活化，只有再一定溫度下才能活化，再擴散退火中分解出活性鋁和鉻，這些帶有活性的鋁和鉻在高溫下才能滲入合金中，形成滲層。兩種滲劑中均加入了鎳-釔合金粉，使獲得的滲層中含有釔，提高了滲層的抗氧化性能和與基體的結合力。—製備滲層
(5)、將(3)中焙燒後的鎳鉻滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中， 然後放入真空爐內加熱，所述真空爐內帶有石墨加熱元件，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h,再升溫至800°C，保溫lh，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐；其中，在400°C停留，其目的為使粉料中的氯化銨分解，而最終溫度 IOOO0C 1100°C的設定是為了葉片表面更好的滲入鎳鉻滲層。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理乾淨後，再將(4)中焙燒後的鉻鋁滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然後放入真空爐內加熱，所述真空爐內帶有石墨加熱元件，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫 Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐；其中，在400°C停留，其目的為使粉料中的氯化銨分解，而最終溫度1100°C 1200°C的設定是為了葉片表面更好的滲入鉻鋁滲層，中間的各溫度是為了均勻升溫。然而，滲層的保護性能取決與滲層的厚度和鋁的濃度。滲層經受長時間高溫作用後，如果其它條件相同，則滲層中鋁的最大含量視滲層的厚度而定。滲層越厚，深層中的鋁貯存量越多，滲層中鋁的濃度降低的越慢。但是，滲層深度加厚或鋁濃度增加，滲層變脆，顯著影響疲勞性能，因此，對於轉子葉片，滲層應控制在0. 04mm以內為宜。本發明提供的空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，其優點在於使鎳基高溫合金葉片的工作溫度從900°C提高到1050°C 1100°C，可以使葉片內腔及外表面同時製備滲層，並能顯著提高葉片的抗高溫氧化、腐蝕能力。
圖1為滲層金相組織圖。
具體實施例方式實施例1將燃氣渦輪空心葉片進行抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備，且燃氣渦輪空心葉片的材料為K465鎳基高溫合金，具體的製備方法如下 ——製備滲劑
(1)、製備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鎳鉻滲劑；
鉻粉7% ；鎳粉27% ；
三氧化二鋁粉 60%;鎳-釔合金粉 5%;
氯化銨餘量；
(2)、製備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鉻鋁滲劑；
鉻粉38% ；鋁粉5% ；
三氧化二鋁粉 51%;鎳-釔合金粉 5%;
氯化銨餘量；
——焙燒滲劑
(3)、將(1)中製備的鎳鉻滲劑經1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然後用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內待用；
(4)、將(2)中製備的鉻鋁滲劑經1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然後用60目篩子過篩，裝入密封的容器內待用；
——製備滲層
(5)、將(3)中焙燒後的鎳鉻滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中，然後放入真空爐內加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫Ih，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理乾淨後，再將(4)中焙燒後的鉻鋁滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然後放入真空爐內加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至 1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐。最終製得燃氣渦輪空心葉片的抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層，其滲層金相組織，見圖1。整個滲層由內、外兩層構成，外層除滲層基相外還存在少量的條狀相，而內層由許多粒狀條狀相相間分布構成，元素濃度分析結果表明外層Al濃度明顯提高已達到20%以上，可以形成β-NiAl相，內層相結構比較複雜，可能包括NiAl相、Y』相以及各種碳化物相等， 滲層厚度約為0. 02mm 0. 035mm。對比例1
取同實施例1中相同的燃氣渦輪空心葉片，材料為K465鎳基高溫合金，但K465鎳基高溫合金上無任何滲層。滲層抗氧化、腐蝕性能測試
對滲鎳鉻-鉻鋁後的K465鎳基高溫合金和無任何滲層的K465鎳基高溫合金進行抗氧化、腐蝕試驗，試驗結構見表1、表2。與K465合金相比，滲鎳鉻-鉻鋁後的K465合金的抗氧化性能提高了 1. 16倍，滲層抗腐蝕性能提高了 36倍。
K465合金滲NiCr-CrAl後抗氧化、抗腐蝕性能提高的主要因素是滲層中Al、Cr濃度高形成NiAl相和α-Cr相的貢獻，鋁化物滲層具有保護性能是由於在表面形成了緻密的保護性能良好的Al2O3膜。表1 氧化試驗結果(試驗條件試驗溫度1050°C，IOOh)
權利要求
1.一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，其特徵在於具體的製備步驟如下，——製備滲劑(1)、製備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鎳鉻滲劑；鉻粉7% 10% ；鎳粉M% 27% ；三氧化二鋁粉 60% 62%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨餘量；(2)、製備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配製成鉻鋁滲劑；鉻粉38% 40% ；鋁粉4% 6% ；三氧化二鋁粉 51% 53%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨餘量；——焙燒滲劑(3)、將(1)中製備的鎳鉻滲劑經1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然後用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內待用；(4)、將(2)中製備的鉻鋁滲劑經1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然後用60目篩子過篩，裝入密封的容器內待用；——製備滲層(5)、將(3)中焙燒後的鎳鉻滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中，然後放入真空爐內加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理乾淨後，再將(4)中焙燒後的鉻鋁滲劑灌入葉片內腔內，並將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然後放入真空爐內加熱，首先加熱到 400°C，保溫1.5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至 1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐。
2.按照權利要求1所述空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，其特徵在於所述的空心葉片為鎳基高溫合金空心葉片。
全文摘要
一種空心葉片內腔抗高溫氧化及腐蝕擴散滲層的製備方法，其特徵在於具體的製備步驟如下，製備鎳鉻滲劑和鉻鋁滲劑；將製備的鎳鉻滲劑經1000℃～1050℃/1h~2h焙燒，然後用60目篩子過篩，裝入密封的容器內待用；然後製備的鉻鋁滲劑經1100℃～1150℃/1h~2h和950℃～1000℃/1h~2h焙燒，然後用60目篩子過篩，裝入密封的容器內待用；然後製備空心葉片的滲層，該滲層使鎳基高溫合金葉片的工作溫度從900℃提高到1050℃～1100℃，可以使葉片內腔及外表面同時製備滲層，並能顯著提高葉片的抗高溫氧化、腐蝕能力。
文檔編號C23C10/58GK102485934SQ20101056827
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者史鳳嶺, 張凡雲, 張尊禮, 彭新, 牛靜 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司