提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法
2023-10-23 10:29:42
專利名稱：提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法
技術領域：
本發明涉及航空發動機精鑄高溫零件加工處理技術，更為具體地說，是涉及一種提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法。
背景技術：
航空發動機中工作於高溫環境中的零件，外形結構複雜的異型零件通常都是採用精鑄加工成型，精鑄成型零件的某些部位，如裝配部位還需要進行進一步的精加工，才能滿足裝配要求，如發動機中的高溫合金葉片，其葉冠和榫頭都需要進行精加工才能滿足裝配的要求。在對這些部位進行精加工時，通常需要在零件的某一部位焊接「方箱」用於加工定位。「方箱」在零件精加工結束後要從零件上去除，為了便於「方箱」從零件上去除，方箱一般採用「錫」、「鉍」合金材料製作。「錫」、「鉍」為低熔點元素。
為了保證航空發動機的安全，工作於高溫環境中的零件都必須在地面裝機進行試車。申請人在某型號航空發動機的研發過程中，在裝機試車中出現了葉片斷裂故障。為了解決這一問題，申請人集中了各方面的研發設計人員，從多方面研究分析導致葉片斷裂故障產生的原因，最後經分析檢測發現，是葉片斷口處存在的低熔點合金元素導致葉片脆性斷裂。經進一步研究分析，葉片斷口處存在的導致葉片脆性斷裂的低熔點合金元素，是葉片在加工過程中去除「方箱」時未能將葉片表面殘留的低熔點合金徹底去除，導致低熔點合金滲入零件組織內部，在高溫環境下改變了零件自身的耐熱、耐蝕性，從而導致零件疲勞斷裂，降低了精鑄高溫零件的安全性，進而嚴重危害發動機的安全性
發明內容
本發明基於上述導致航空發動機精鑄高溫零件脆性斷裂原因的發現，提出了一種提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，以解決由於低熔點合金滲入零件組織內部，在高溫環境下改變零件自身的耐熱、耐蝕性，從而導致零件疲勞斷裂的問題。
目前常用的「方箱」材料主要為「錫」、「鉍」合金。通常情況下，氯離子以及鐵離子對鋼鐵材料有較強的腐蝕性，硝酸根離子對其具有較好的鈍化作用，一般不鏽鋼零件的鈍化都含有硝酸組份，為此，本發明選用硝酸作為酸洗溶液。
本發明提出的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其內容主要包括
(I)將零件依次浸沒於不少於2個的酸洗槽內濃度為750g/f780g/l的硝酸溶液中進行酸洗，洗除附著在零件表面上的低熔點合金；
(2)零件酸洗結束後，將零件浸沒於鹼洗槽內鹼溶液中，中和洗除零件表面上的硝酸溶液，以消除硝酸溶液在今後對零件的腐蝕；
(3)零件經鹼溶液中和洗後，用帶水壓縮空氣衝洗零件的表面，清潔零件表面上的酸洗殘留物。
由於酸洗相當於通過溶解的方式使低熔點合金元素從零件表面均勻地分布到整個溶液和零件表面，屬於一個稀釋的過程，零件表面上的低熔點合金含量與硝酸溶液中的含量基本一致，為此，只要進行足夠時間的酸洗，就可使零件表面上的低熔點合金充分地溶入到硝酸溶液中，通過檢測最終的酸洗溶液中的低熔點合金含量就能達到檢測零件表面低熔點合金含量的目的。因此，在本發明的上述技術方案中，可採用通過檢測零件酸洗後硝酸溶液中的低熔點合金的含量濃度來檢測零件表面上的低熔點合金的含量。實踐中一般認為，當硝酸溶液中低熔點合金的濃度不大於Ippm時，就可以認為零件表面上的低熔點合金就徹底去除了。這一假定，申請人在零件後期加工以及試車過程中得到了證明，是完全可行的。
在本發明的上述技術方案中，由於硝酸對不鏽鋼材質的零件基體也存在一定的腐蝕作用，在對零件的處理過程中，需要確保零件表面的低熔點合金去除徹底而對零件基體的蝕去量不要超過一定的厚度。因此零件累計酸洗時間不應超過零件基體允許蝕去量所確定的時間。通常零件累計酸洗時間不超過零件基體蝕去Iym層厚所需的時間。
在本發明的上述技術方案中，對酸洗後零件進行中和洗鹼溶液的選用，考慮酸洗後零件表面的清洗，優選碳酸鈉溶液或氨水。最好是用重量濃度為4(Γ60%的碳酸鈉溶液對酸洗後零件進行中和洗，既可獲得很好中和洗效果，又不會在零件表面生成殘留物。
在本發明的上述技術方案中，零件最好依次浸沒於2至4個的酸洗槽內硝酸溶液中進行酸洗。在酸洗過程中，為了避免雜質對零件酸洗效果的影響，酸洗用硝酸溶液一般為新配的硝酸溶液，特別是最後一個和第二個酸洗槽內的酸洗用硝酸溶液一般應為新配的硝酸溶液，至少最後一個酸洗槽內的硝酸溶液應為清潔的新配硝酸溶液。在零件的酸洗過程中，各酸洗槽內的硝酸溶液濃度，可以相同，也可不同，為了操作方便，各酸洗槽內的硝酸溶液濃度最好一樣，用相同濃度的硝酸溶液進行酸洗。但也可以不一樣。零件於各酸洗槽內酸洗的時間，沒有嚴格限制，只是累計酸洗的時間不要超過所確定的時間，通常是零件於第一個酸洗槽內酸洗時間大於在後於各酸洗槽內酸洗的時間。
本發明完成之後，發明人按照ARP1755《清洗劑導致航空發動機材料損耗的試驗方法》對本發明 的方法進行了零件基體去除量試驗，結果表明在濃度為780g/l的硝酸溶液中浸泡120分鐘，零件表面的單邊去除量不超過I μ m,不足以對零件的尺寸造成影響。通過原子吸收方式檢測，檢測結果證明，採用本發明的方法去除「方箱」殘留在零件表面上的低熔點合金，最終清洗效果理想。
本發明的關鍵是找到導致葉片脆性斷裂產生的原因。本發明的完成，正是基於發明人準確找到了導致葉片脆性斷裂產生的原因，這就是滲入到零件組織內部低熔點合金導致葉片脆性斷裂，而低熔點合金是葉片在加工過程中去除「方箱」時未能將葉片表面殘留的低熔點合金徹底去除所致，致使零件在高溫環境下改變零件自身的耐熱、耐蝕性，從而導致零件疲勞斷裂。發明人基於上述發現，才通過一系列的試驗研究探索出來的一種可以較為徹底去除零件表面低熔點合金，又對零件基體不會造成較大影響的工藝方法，確保了零件在使用過程中的安全性。
本發明針對導致航空發動機精鑄高溫零件脆性斷裂原因所提出的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，通過酸洗清除附著在零件表面的低熔點合金，解決了由於低熔點合金滲入零件組織內部，在高溫環境下改變零件自身的耐熱、耐蝕性，從而導致零件疲勞斷裂的問題，保證了零件使用安全性。本發明的方法，概括起來主要有以下技術效果
1、採用本發明的方法對附著在零件表面上的低熔點合金進行酸洗，附著在零件表面上的低熔點合金去除徹底，保證了零件使用安全性。
2、採用本發明的方法，酸洗過程中，控制零件基體材料去除量不超過I μ m,既可保證了零件自身尺寸精度，又可保證零件的強度。
3、本發明的酸洗工藝方法簡便易行，具有很好的可操作性。
具體實施方法
下面結合實施例對本發明進行具體描述，以便於所屬技術領域的人員對本發明的理解。有必要在此特別指出的是，實施例只是用於對本發明做進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術熟練人員，根據上述本發明內容對本發明做出非本質性的改進和調整，應仍屬於本發明的保護範圍。
實施例1
某型號航空發動機葉片，採用不鏽鋼精鑄成型，葉片的葉冠和榫頭採用「方箱」定位輔助加工，葉片葉冠和榫頭精加工結束後將「方箱」在從葉片的葉身上去除，「方箱」的材質為錫合金。去除葉片葉身上殘留的錫合金採用硝酸溶液酸洗。葉片依次浸沒於三個酸洗槽內濃度為750g/l的硝酸溶液中，三個酸洗槽內的硝酸溶液均為新配的清潔硝酸，先於第一個酸洗槽內酸洗30分鐘，接著在第二個酸洗槽內酸洗15分鐘，再接著於第三個酸洗槽內酸洗15分鐘，酸洗結束之後接著將葉片浸沒於鹼洗槽內重量濃度為40%的碳酸鈉溶液中， 對葉片酸洗後遺留在葉片上的硝酸溶液進行中和洗，中和洗15分鐘結束。葉片從鹼洗槽取出後用含有水的壓縮空氣進行全面清洗，清除葉片經酸洗、中和洗附 著在葉片上的殘留物。 葉片經酸洗處理後，通過原子吸收的方式檢測，表明去除「方箱」殘留在葉片表面上的低熔點合金的清洗效果理想，葉片基體材料單面去除量不超過I μ m，保證了葉片自身尺寸精度和強度，提高了葉片的使用安全性。
實施例2
本實施例與實施例1基本相同，所不同的是「方箱」的材質為鉍合金，硝酸溶液的濃度為780g/l，其中第一個酸洗槽內硝酸溶液為前一次葉片酸洗過程中的最後一次酸洗後的硝酸溶液，後兩個酸洗槽內的硝酸溶液均為新配的清潔硝酸溶液，葉片先於第一個酸洗槽內酸洗30分鐘，接著在第二個酸洗槽內酸洗15分鐘，再接著於第三個酸洗槽內酸洗10 分鐘結束酸洗。酸洗後鹼中和洗使用的鹼溶液也為碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液的重量濃度為 60%，中和洗10分鐘結束。葉片從鹼洗槽取出後用含有水的壓縮空氣進行全面清洗。葉片經酸洗處理後，通過原子吸收的方式檢測，表明去除「方箱」殘留在葉片表面上的低熔點合金的清洗效果理想，葉片基體材料單面去除量不超過I μ m，保證了葉片自身尺寸精度和強度，提高了葉片的使用安全性。
權利要求
1.一種提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於 (1)將零件依次浸沒於不少於2個的酸洗槽內濃度為750g/f780g/l的硝酸溶液中進行酸洗，洗除附著在零件表面上的低熔點合金； (2)零件酸洗結束後，將零件浸沒於鹼洗槽內鹼溶液中，中和洗除零件表面上的硝酸溶液，以消除硝酸溶液在今後對零件的腐蝕； (3)零件經鹼溶液中和洗後，用帶水壓縮空氣衝洗零件的表面，清潔零件表面上的酸洗殘留物。
2.根據權利要求1所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於通過檢測零件酸洗後的硝酸溶液中低熔點合金的含量濃度來檢測零件表面上的低熔點合金的含量。
3.根據權利要求2所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於零件表面上的低熔點合金含量酸洗至硝酸溶液中的低熔點合金含量濃度不大於lpmm。
4.根據權利要求3所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於零件累計酸洗時間不超過零件基體允許蝕去量所確定的時間。
5.根據權利要求4所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於零件累計酸洗時間不超過零件基體蝕去I Pm層厚所需的時間。
6.根據權利要求1至5之一所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於對酸洗後零件進行中和洗的鹼溶液為碳酸鈉溶液或氨水。
7.根據權利要求6所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於對酸洗後零件進行中和洗的鹼溶液為重量濃度4(T60%的碳酸鈉溶液。
8.根據權利要求7所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於零件依次浸沒於2至4個的酸洗槽內進行酸洗。
9.根據權利要求8或所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於至少最後一次酸洗用硝酸溶液為清潔的新配硝酸溶液。
10.根據權利要求1所述的提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，其特徵在於零件於各酸洗槽內用相同濃度的硝酸溶液進行酸洗，第一次酸洗所用時間大於在後各次的酸洗時間。
全文摘要
本發明公開了一種提高航空發動機精鑄高溫零件安全性的處理方法，通過酸洗消除由於零件表面附著的低熔點合金滲入零件組織內部，在高溫環境下改變零件自身的耐熱、耐蝕性，從而導致零件疲勞斷裂的問題。本發明的方法主要包括將零件依次浸沒於不少於2個的酸洗槽內濃度為750g/l~780g/l的硝酸溶液中進行酸洗，洗除附著在零件表面上的低熔點合金元素；零件酸洗結束後，浸沒於鹼洗槽內用鹼溶液中和洗除零件表面上的硝酸液；零件經中和洗後，用帶水壓縮空氣衝洗零件的表面，清潔零件表面上的酸洗殘留物。高航空發動機精鑄高溫零件經本發明處理後，其安全性得到了保障，提高了安全性。
文檔編號C23G1/02GK102995035SQ20121045871
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者溫佐建, 夏至, 程定春, 熊新雲, 林會會 申請人:四川成發航空科技股份有限公司