CN116445852A - 一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，首先对叶片表面清理后进行干式喷砂，然后按照重量份数计将氧化铝50‑55份、铝粉35‑45份、铬粉5‑10份和氯化氨0.3‑0.5份配制共渗剂，采用包埋法在抽真空的渗铝炉中完成共渗，升温至1000‑1050℃保温8‑10h，保温过程中加入交流电场，经吹砂处理完成铝铬共渗涂层的制备。本发明制备方法简单，步骤易于操作，制备得到的铝铬共渗涂层厚度为50.61‑51.76μm，共渗涂层厚度均匀且具有优异的抗氧化性能。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机及燃气轮机制备技术领域，具体涉及一种铝铬共渗涂层的制备工艺。
背景技术
在航空制造领域，铝铬共渗是一种常见的渗金属工艺，主要用于提高钢铁和耐热合金的抗高温氧化性能。航空发动机叶片及其零部件由于工作环境的温度要求其具有较好的耐高温氧化性能，耐高温腐蚀性能，因此在航空发动机叶片上需要采用表面涂层提高热腐蚀性能以及耐高温氧化性能。但现有的铝铬共渗涂层在制备过程中会存在涂层不均匀，涂层厚度不易控制的问题。
发明内容
本发明要解决的现有的铝铬共渗工艺处理航空发动机叶片时涂层时涂层厚度均匀性不易控制且抗氧化性能较弱的问题，提供了一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺。
本发明采用如下技术方案：一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处理后采用刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，喷砂处理时间0.25-0.5小时，直至叶片表面呈均匀的灰色；
(2)共渗剂制备：各组分按重量份数计为：氧化铝50-55份，铝粉35-45份，铬粉5-10份，氯化氨0.3-0.5份，将上述组分混合均匀制备得到的共渗剂；
(3)包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中保证叶片完全被覆盖，叶片隼齿底部距工装底部2-2.5cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
(4)抽真空：将渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次完成抽真空；
(5)升温程序：将渗铝炉内温度在2-2.5h内从室温升温至1020℃，保温8-10h，在涂层包埋保温过程中，添加交流电场，以促进涂层表面均匀完成共渗；
(6)共渗完成后，降温后使叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，取出叶片冷却并清理；
(7)对叶片称重后吹进行砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
进一步的，所述干式喷砂时，喷砂压力为0.1-0.3Mpa，喷砂角度为70-90°，喷砂距离为200-300mm。
进一步的，所述刚玉砂的颗粒≥130目。
进一步的，所述步骤(6)中通入氩气使温度冷却，直至炉内温度低于200℃时出炉。
进一步的，所述步骤(2)中将氧化铝、铬粉、铝粉放入烘箱加热至200-250℃保温0.5-0.8小时，保温完成后将烘干后的粉末和氯化铵放入混料机，搅拌0.5-0.8小时后取出。
进一步的，所述步骤(5)中交流电场的电流为2A，电压为50-90V。
本发明的优点具体如下：
本发明制备方法简单，步骤易于操作，制备得到的铝铬共渗剂涂层厚度均匀，制备得到的铝铬共渗层表层的铝、铬与氧气发生反应生成致密稳定的铝/铬复合氧化物保护膜，阻碍叶片与氧气接触，大大降低了叶片的氧化速率，在共渗保温过程中加入交流电场，能够有效促进共渗涂层的形成，通过电场强度的调整能够实现对涂层厚度的有效调控。
附图说明
图1为本发明三个实施例中的铝铬涂层的金相结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1：
一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工方法：
(1)预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处后采用≥130目的刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，干式喷砂时，喷砂压力为0.1Mpa，喷砂角度为90°，喷砂距离为300mm，喷砂处理时间为0.25h；
(2)共渗剂制备：按重量份数计取氧化铝51.6份，铝粉40份，铬8份，氯化氨0.4份混合均匀，将氧化铝、铬粉、铝粉放入烘箱加热至200℃保温0.5小时，保温完成后将烘干后的粉末和氯化铵放入混料机，搅拌0.5小时后取出制备得到混合均匀的共渗剂；
(3)包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中，叶片隼齿底部距工装底部2cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
(4)抽真空：渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次，完成抽真空；
(5)升温程序：将渗铝炉内温度在2h从室温升温至1020℃，保温8h，在涂层包埋保温过程中添加交流电场，以促进涂层表面均匀完成共渗，其中交流电场的电流为2A，电压为90V；
(6)通入氩气使温度冷却，当炉内低于200℃时，将叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，去除叶片并清理；
(7)分别对叶片和试片进行称重，经过吹砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
实施例2：
一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工方法：
(1)预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处理后采用刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，喷砂处理时间0.5小时，直至叶片表面呈均匀的灰色，干式喷砂时，喷砂压力为0.1Mpa，喷砂角度为90°，喷砂距离为200mm；
(2)共渗剂制备：各组分按重量份数计为，氧化铝50份，铝粉45份，铬粉5份，氯化氨0.3份，将氧化铝、铬粉、铝粉放入烘箱加热至250℃保温0.5小时，保温完成后将烘干后的粉末和氯化铵放入混料机，搅拌0.小时后取出，将上述组分混合均匀制备得到的共渗剂；
(3)包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中保证叶片完全被覆盖，叶片隼齿底部距工装底部2.5cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
(4)抽真空：将渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次，完成抽真空；
(5)升温程序：将渗铝炉内温度在2.5h内从室温升温至1000℃，保温8h，在涂层包埋保温过程中，添加交流电场，以促进涂层表面均匀完成共渗，交流电场的电流为2A，电压为50-90V；
(6)共渗完成后，降温后使叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，取出叶片冷却并清理；
(7)对叶片称重后吹砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
实施例3：
一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工方法：
(1)预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处理后采用刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，喷砂处理时间0.5小时，直至叶片表面呈均匀的灰色，干式喷砂时，喷砂压力为0.3Mpa，喷砂角度为70°，喷砂距离为300mm；
(2)共渗剂制备：各组分按重量份数计为，氧化铝55份，铝粉35份，铬粉10份，氯化氨0.5份，将氧化铝、铬粉、铝粉放入烘箱加热至220℃保温0.6小时，保温完成后将烘干后的粉末和氯化铵放入混料机，搅拌0.6小时后取出，制备得到混合均匀的共渗剂；
(3)包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中保证叶片完全被覆盖，叶片隼齿底部距工装底部2.5cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
(4)抽真空：将渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次，完成抽真空；
(5)升温程序：将渗铝炉内温度在2h内从室温升温至1050℃，保温10h，在涂层包埋保温过程中，添加交流电场，以促进涂层表面均匀完成共渗，交流电场的电流为2A，电压为90V；
(6)共渗完成后，降温后使叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，取出叶片冷却并清理；
(7)对叶片称重后吹砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
对比例：
一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工方法：
(1)预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处理后采用刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，喷砂处理时间0.5小时，直至叶片表面呈均匀的灰色，干式喷砂时，喷砂压力为0.3Mpa，喷砂角度为70°，喷砂距离为300mm；
(2)共渗剂选用湖南兴弘新材料科技有限公司的牌号为HM102的铝铬渗剂；
(3)包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中保证叶片完全被覆盖，包埋深度为距工装底部2.5cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
(4)抽真空：将渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次，完成抽真空；
(5)升温程序：将渗铝炉内温度在2h内从室温升温至1050℃，保温10h，完成共渗；
(6)共渗完成后，降温后使叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，取出叶片冷却并清理；
(7)对叶片称重后吹砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
对上述实施例1-实施例3制备得到的铝铬共渗涂层进行检测：
检测结果如下：
(1)涂层厚度
表1叶片表面铝铬共渗涂层厚度
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 | |
| 涂层厚度(μm) | 50.61 | 51.76 | 50.59 | 20.8 |
由表1结果可知，采用本发明的制备方法得到的铝铬共渗涂层厚度高于对比例，这表明本发明的铝铬共渗剂的配比合理且采用交流电场加速了涂层的沉积，使得共渗剂中的铝铬在交流电场的作用下更好的在燃气轮机工作叶片上形成涂层，且厚度远高于对比例的涂层厚度。
(2)铝铬共渗涂层微观组织结构
如图1为实施例1-3的铝铬共渗涂层的金相结果，由图可知，铝铬共渗涂层分为外层区域和内层区域两个部分，外层区域含有渗剂杂质，内层呈玄武岩结构，两层结构符合渗层技术要求中的渗层组织要求，由图可知，叶片表面的共渗涂层分布均匀。
(3)氧化试验
对实施例1-3中的叶片于1100±10℃条件的空气中保温15h，冷却后，发现叶片表面未出现氧化腐蚀痕迹，也未出现剥层现象，整体呈均匀灰色,这表明，采用本发明实施例1-3制备得到的涂层具有优异的抗氧化性。
(4)成分检测
对实施例1-3中的叶片表面共渗涂层中的铝铬含量的占比进行测定，结果如表2所示。
表2叶片表面铝铬共渗涂层中铝铬含量表
由上表可知，采用本发明的方法得到的铝铬共渗涂层，表层中铝含量占总涂层质量的25.4-27.1％，里层中铝含量占总涂层质量的14.8-18.1％，无论是表层还是里层中铝含量均高于铬含量，共渗涂层中能够提供足够的铝原子以形成氧化铝保护膜，共渗涂层中存在少量铬能提高氧化铝保护膜的抗剥落性，也能够形成氧化铬保护膜，氧化铝和氧化铬的复合保护膜能够降低叶片的氧化速率。
Claims (6)
1.一种燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于： 包括如下步骤：
（1）预处理：使用金属清洗剂对燃气轮机工作叶片进行表面油污处理后采用刚玉砂对叶片表面进行干式喷砂，喷砂处理时间0.25-0.5小时，直至叶片表面呈均匀的灰色；
（2）共渗剂制备：各组分按重量份数计为：氧化铝50-55份，铝粉35-45份，铬粉5-10份，氯化氨0.3-0.5份，将上述组分混合均匀制备得到的共渗剂；
包埋：将制备得到的共渗剂装入工装，将叶片埋入共渗剂中保证叶片完全被覆盖，叶片隼齿底部距工装底部2-2.5cm，将包埋好的工装置于渗铝炉中；
（4）抽真空：将渗铝炉中的真空抽至-0.1MPa，通入氩气，使渗铝炉内气压回到正压，如此反复3次完成抽真空；
（5）升温程序：将渗铝炉内温度在2-2.5h内从室温升温至1020℃，保温8-10h，在涂层包埋保温过程中添加交流电场，以促进涂层表面均匀完成共渗；
（6）共渗完成后，降温后使叶片出炉，当工装内粉末及零部件冷却低于50℃时，取出叶片冷却并清理；
（7）对叶片称重后吹进行砂清理，制备完成铝铬共渗涂层。
2.如权利要求1所述的燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于：所述干式喷砂时，喷砂压力为0.1-0.3Mpa，喷砂角度为70-90°，喷砂距离为200-300mm。
3.如权利要求1所述的燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于：所述刚玉砂的颗粒≥130目。
4.如权利要求1所述的燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于：所述步骤（6）中通入氩气使温度冷却，直至炉内温度低于200℃时出炉。
5.如权利要求1所述的燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于：所述步骤（2）中将氧化铝、铬粉、铝粉放入烘箱加热至200-250℃保温0.5-0.8小时，保温完成后将烘干后的粉末和氯化铵放入混料机，搅拌0.5-0.8小时后取出。
6.如权利要求1所述的燃气轮机工作叶片铝铬共渗涂层的加工工艺，其特征在于：所述步骤（5）中交流电场的电流为2A，电压为50-90V。
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Citations (6)
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2023
- 2023-03-27 CN CN202310304102.1A patent/CN116445852A/zh active Pending
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