一种单晶叶片热障涂层修复方法

技术领域

本发明属于航空发动机单晶叶片热障涂层修复领域，具体涉及一种单晶叶片热障涂层修复方法。

背景技术

单晶叶片是只有一个晶粒的铸造叶片，定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。

现在含铼单晶空心叶片是涡轮发动机的首选和趋势，涡轮的叶片材料必须是镍铁合金，就是在正常浇铸的同时，利用电磁铁产生强大的定向磁场，未凝固高温合金在定向磁场的作用下向同方向漫漫凝固，最后形成所有原子排列一致的单晶体，而不是一般的钢材等是多晶体，这样排列整齐的材料才能承受高温。

某型航空发动机高导叶片结构，如下图1所示，材料为DD5，叶片表面为渗铝及喷YSZ陶瓷面层，在长时间使用后，单晶叶片叶身表面都出现了不同程度的渗铝/YSZ热障涂层剥落、烧蚀现象，影响继续正常使用，常规操作为更换新的单晶叶片，但经济性很差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种单晶叶片热障涂层修复方法，操作简单，经济性好。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种单晶叶片热障涂层修复方法，包括以下步骤：

对出现受损单晶叶片进行高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用自动化吹干砂去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

对表面干净的单晶叶片表面依次进行渗铝和渗铝扩散，并进行湿吹砂处理，清洗后采用电子束气相沉积法涂YSZ陶瓷面层，完成修复。

进一步的，所述高压碱煮采用氢氧化钠溶液高温沸煮。

进一步的，所述吹干砂方法采用砂嘴直径为6-10mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.15-0.25MPa，吹砂距离为200-350mm。

进一步的，所述渗铝过程包括以下步骤：

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

炉升温至1020-1060℃，保温4-5h，压力为0.06～0.08MPa，炉冷却到800℃以下后空冷，完成渗铝。

进一步的，在渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1-1.25h，1020-1040℃保温2-2.25h，1040-1060℃保温1-1.25h。

进一步的，所述炉冷却到800℃以下后向炉内充入氩气至0.8～1.0bar，打开风扇，冷却到80℃以下。

进一步的，所述湿吹砂处理采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压小于等于0.2MPa，吹砂时间为30-60分钟。

进一步的，所述湿吹砂处理后的清洗采用超声波清洗15-25分钟。

进一步的，所述电子束气相沉积法涂YSZ陶瓷面层时，采用ZrO

进一步的，所述料锭ZrO

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种单晶叶片热障涂层修复方法，对出现受损单晶叶片进行高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用自动化吹干砂去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；对表面干净的单晶叶片表面依次进行渗铝和渗铝扩散，并进行湿吹砂处理，清洗后采用电子束气相沉积法涂YSZ陶瓷面层，完成修复，本申请操作步骤简单，修复效率高效果好，对修复后的单晶导叶进行检测，导叶的壁厚、喉道面积、气膜孔影响很小，补渗铝后深度、浓度均满足设计要求，重新进行陶瓷面层涂覆后的涂层结合力满足设计要求，能够极大的降低单晶叶片损坏后的维修成本。

附图说明

图1为本发明一种单晶叶片热障涂层修复方法流程图；

图2为现有技术中的单晶叶片结构示意图；

图3为本发明具体实施例1中的前后气膜孔径对比图；

图4为本发明具体实施例4中的前后气膜孔径对比图；

图5为本发明具体实施例1中外表面渗铝层深度电镜图；

图6为本发明具体实施例1中内腔渗铝层深度电镜图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种单晶叶片热障涂层修复方法，如图1所示，包括以下步骤：

对出现受损单晶叶片进行高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用自动化吹干砂去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

对表面干净的单晶叶片表面依次进行渗铝和渗铝扩散，并进行湿吹砂处理，清洗后采用电子束气相沉积法涂YSZ陶瓷面层，完成修复。

优选的，所述高压碱煮采用氢氧化钠溶液高温沸煮，其目的在于，将消除单晶叶片表面的三氧化二铝，其反应公式为：

Al

优选的，所述吹干砂方法采用砂嘴直径为6-10mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.15-0.25MPa，吹砂距离为200-350mm，优选的，不同状态的渗层通过调整吹砂时间来控制渗层去除量，一般为10～15秒。

优选的，所述渗铝过程包括以下步骤：

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

炉升温至1020-1060℃，保温4-5h，压力为0.06～0.08MPa，炉冷却到800℃以下后空冷，完成渗铝。

进一步的，在渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1-1.25h，1020-1040℃保温2-2.25h，1040-1060℃保温1-1.25h；具体的，所述炉冷却到800℃以下后向炉内充入氩气至0.8～1.0bar，打开风扇，冷却到80℃以下。

进一步的，所述湿吹砂处理采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压小于等于0.2MPa，吹砂时间为30-60分钟。

进一步的，所述湿吹砂处理后的清洗采用超声波清洗，在3％0～5％0的水基清洗剂溶液的溶液内清洗15-25分钟。

优选的，所述电子束气相沉积法涂YSZ陶瓷面层时，采用ZrO

实施例1：

对出现受损单晶叶片1HA-05采用氢氧化钠溶液高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用砂嘴直径为6mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.15MPa，吹砂距离为200mm去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1h，1020-1040℃保温2h，1040-1060℃保温1h，之后炉冷却到800℃后向炉内充入氩气至0.8bar，打开风扇，冷却到80℃，完成渗铝和渗铝扩散；

采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压为0.2MPa，吹砂时间为30分钟，进行湿吹砂处理，采用超声波清洗15分钟后，采用ZrO

实施例2：

对出现受损单晶叶片1HA-05采用氢氧化钠溶液高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用砂嘴直径为10mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.2MPa，吹砂距离为275mm去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1.13h，1020-1040℃保温2.13h，1040-1060℃保温1.14h，之后炉冷却到800℃后向炉内充入氩气至0.9bar，打开风扇，冷却到80℃，完成渗铝和渗铝扩散；

采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压为0.2MPa，吹砂时间为45分钟，进行湿吹砂处理，采用超声波清洗20分钟后，采用ZrO

实施例3：

对出现受损单晶叶片1HA-05采用氢氧化钠溶液高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用砂嘴直径为10mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.25MPa，吹砂距离为350mm去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1.25h，1020-1040℃保温2.25h，1040-1060℃保温1.25h，之后炉冷却到800℃后向炉内充入氩气至1.0bar，打开风扇，冷却到80℃，完成渗铝和渗铝扩散；

采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压为0.2MPa，吹砂时间为60分钟，进行湿吹砂处理，采用超声波清洗25分钟后，采用ZrO

实施例4：

对出现受损单晶叶片1GA-24采用氢氧化钠溶液高压碱煮去除YSZ陶瓷面层，采用砂嘴直径为10mm的压入式吹砂机，砂粒采用60目三氧化二铝砂，风压为0.25MPa，吹砂距离为350mm去除渗铝层，得到表面干净的单晶叶片；

将表面干净的单晶叶片置入50份的FeAl粉末中，加入1份NH

渗铝过程中在炉升温至1020-1060℃的过程完成渗铝扩散，其中1000-1020℃保温1.25h，1020-1040℃保温2.25h，1040-1060℃保温1.25h，之后炉冷却到800℃后向炉内充入氩气至1.0bar，打开风扇，冷却到80℃，完成渗铝和渗铝扩散；

采用砂型为120-220目三氧化二铝砂，风压为0.2MPa，吹砂时间为60分钟，进行湿吹砂处理，采用超声波清洗25分钟后，采用ZrO

本申请具体实施例1-4中吹砂工艺去渗层壁厚及喉道面积对比，如下表1所示，壁厚无变化，喉道面积增大了0.004-mm。

表1

同时本申请中渗铝层去除对气膜孔径影响较小，只有少量的气膜孔径增大，增大量在0.01mm，气膜孔径符合尺寸要求，本申请选取实施例1和实施例4的吹砂前后气膜孔径对比如图3和图4所示，其余实施例的吹砂前后气膜孔径对比图表在此省略。

重新渗铝前后对比如表2所示，完全去除和部分去除渗铝层及重新补渗后，叶片内腔及外表面渗层深度均满足要求，即铝元素浓度不小于20％，渗层深度内腔0.03～0.06mm，外表面0.040～0.060mm，其中具体实施例1中的单晶叶片修复后的外表面和内腔渗铝深度如图5和图6所示，其余实施例的外表面和内腔渗铝深度电镜图与实施例1在电镜图上表现非常相似，在此省略。

表2

涂YSZ陶瓷面层后热震效果测试，在1100℃保温5min，水冷1min为1次循环，循环次数120次。结果为零件表面状态完好，未见涂层脱落，因此单晶叶片经补渗Al+重新涂YSZ陶瓷面层后的涂层性能够满足零件要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。