一种热喷涂过程微孔中滴定封孔装置的制作方法

本实用新型属于表面工程技术领域，具体涉及一种表面涂层制备与喷涂过程中微孔防堵的装置。

背景技术：

燃气轮机燃烧筒、过渡段、喷嘴、透平叶片等部件都具有大量的微孔，通过向这些部件的微孔中通入冷却气流，从而在叶片表面形成冷却气膜，达到对重要部件本体大幅降温的目的。在实际应用过程中，由于这些部件面向极高的温度环境，最高温度接近1500摄氏度，远远超过了高温合金本身能承受的温度极限，采用气体冷却和热障涂层可将高温合金叶片表面温度降低到800-900℃。热障涂层喷涂过程中，由于边界效应，会发生微孔截面积减少、微孔封堵等现象(统称堵塞)，降低部件的冷却效率，甚至由于局部冷却不足，导致叶片局部超温烧蚀损伤，对机组安全和运行状态造成恶劣影响。在高温部件第一次制造过程中，可在燃机叶片喷涂涂层后，采用激光加工方法，对部件进行微孔加工，但由于激光加工的热效应以及涂层与基体之间热膨胀失配，在涂层与高温合金之间形成微观裂纹缺陷，导致涂层在服役过程中过早剥落。还可采用喷涂后，人工机械打磨修复的方式，对产生缩孔和封堵的部位进行修复，这种方式极易在边界处引起界面开裂，对涂层寿命造成影响，对人的经验要求极高，其成功几率低、修复效果并不明显。理想的涂层边界应该是具有渐变结构，为了获得这种理想的结构，专利CN102443752A提出了一种在叶片内部冷却通道送入惰性气体，如氩气，使叶片喷涂过程中，熔化的粒子在冷却微孔中不沉积，从而实现防止微孔在喷涂中发生堵塞。这种方法实际上并不能有效获得理想结构，在喷涂过程中，由于气流的托举效果，会在冷却孔上方形成悬臂的涂层结构，涂层底部没有金属基体支撑，后续需要大量的修复工作。CN204385279U提出的燃机叶片气膜孔喷涂过程中的防堵塞装置实际上与CN102443752A类似，都是采用气体防止叶片中的冷却孔在喷涂过程中发生堵塞，其缺点也是会产生悬臂涂层结构，涂层后期的处理工作相当复杂。美国通用公司CN103388118A专利针对垂直孔结构采用了柱塞插入冷却孔中，这种方式对于垂直孔可实现完好的防护，对倾斜孔，这种柱塞不适用，且通用性差。CN101772587A提出了一种装置，通过该装置在冷却通道内通入水，并通过冷冻剂将水冷冻成冰的方法，来防止堵塞，这种方法与在通道内通气的方法类似，在喷涂过程中，热喷涂焰流的接触会使表层的冰发生融化和汽化，融化的水流造成涂层结合强度的降低、汽化产生的水蒸汽会同样会使倾斜孔周围的涂层产生悬臂结构，与CN102443752A专利所述的效果类似，仍然需要大量的后期打磨处理工作。因此本实用新型针对以上方法的缺点，提出了一种可快速实现微孔喷涂过程防止堵塞的装置及方法，以提高方法的通用性、涂层在孔周围的完整性。

综上，为了解决热喷涂过程中叶片冷却孔的堵塞问题，有必要针对于垂直、倾斜、大小不一的微孔开发一种通用的微孔防堵塞装置和方法。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种热喷涂过程微孔中滴定封孔装置，以防止喷涂过程中沉积材料对气膜冷却微孔的堵塞，并提高该装置的通用性以及微孔周边涂层的完整性，减少喷涂后的后处理工作量。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种热喷涂过程微孔中滴定封孔装置，包括盛装滴定液2的容器1，通过钢制管路3与容器1连接的电磁阀4，通过软体管路5与电磁阀4连接的滴定管7，滴定管7夹持于支架6中，支架6安装于导轨8上，导轨8与水平电机13连接，通过水平电机13驱动，实现水平移动；带有圆形垂直冷却孔10和椭圆形的倾斜冷却孔12的工件11置于滴定管7的底部，与滴定管7出口位置相距3-100mm，工件11放置的位置，使每排冷却孔与导轨8均平行；固化装置9与脉冲发生器14连接，并安装于滴定管7的侧面，对准需要滴定封孔的部位；所述脉冲发生器14、电磁阀4、水平驱动电机13与控制器15连接。

所述滴定液2的形态为乳液状、悬凝状或胶体状，滴定液的材料为可热固化以及具有溶胀特性的水溶性甲级纤维、树脂或胶体。

所述固化装置9为辐照灯、微波加热炉、烘干箱或热气流固化装置。

所述辐照灯采用紫外辐照灯、微波辐照灯或红外辐照灯。

上述热喷涂过程微孔中滴定封孔装置的封孔方法，在实施封孔过程前，首先测量工件11表面的冷却孔之间的中心距，并将该中心距输入控制器15中，作为水平驱动电机13的移动量，并设定好每次移动后停留的时间，该时间段内，控制器15通过控制电磁阀4，对气流滴定管实现滴定动作，打开电磁阀，将滴定液2流入滴定管7中，滴定过程中，通过控制器15使电磁阀4打开极短时间0-30s，该时间段应足够滴定液在滴定管出口形成水滴状，并滴落到工件11表面需要封堵的微孔处，微孔表面形成的微凸结构液滴在固化装置9的热固化作用下，形成固态的微凸结构；喷涂后将工件11放入蒸馏水、丙酮或酒精中浸泡0.5-5h后，微凸结构即能够去除，并不会发生涂层损伤。

对于圆形垂直冷却孔10和椭圆形的倾斜冷却孔12，在滴定过程中通过调整更换滴定管出口尺寸获得需要的微凸结构尺寸。

和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1)本实用新型采用的滴定液可基于表面张力，在微孔处根据微孔结构和形状自动形成微凸结构，提高了通用性以及封堵效率。

2)本实用新型避免了喷涂后封堵材料去除引起涂层的损伤，且减少了涂层后处理工作量，提高生产效率。

3)本实用新型采用了脉冲辐照灯进行加热固化，温度仅仅发生在工件表层，不需要对工件整体进行加热，且固化温度低，不会对工件造成影响。

附图说明

图1本实用新型微孔滴定封孔装置结构示意图。

图2滴定液状态和涂层结构示意图，其中图2a为圆形垂直冷却孔的滴定液状态和涂层结构，图2b为椭圆形的倾斜冷却孔的滴定液状态和涂层结构，图中，16-微凸结构，17-高温合金本体，18-涂层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

针对需喷涂热障涂层的燃气轮机一级动叶，首先测量工件11表面的冷却孔之间的中心距，并将该中心距输入控制器15中，作为水平驱动电机13的移动量，并设定好每次移动后停留时间为10s。其次，将水溶性甲级纤维素溶于一定量的水中，形成悬凝状滴定液，并将滴定液2置于容器1中，将容器1与钢制管路3连接，再与电磁阀4连接，采用软体管路5将滴定管7和电磁阀4出口连接。然后将滴定管7安装于支架6中。支架6安装于导轨8上，导轨8通过水平驱动电机13驱动，实现水平移动，将电机与控制器15连接、将电磁阀4与控制器15连接。将固化装置9与脉冲发生器14连接，将脉冲发生器14与控制器15连接。连接后的装置如图1所示。打开电磁阀4，将滴定流入滴定管中，充满滴定管，将滴定管出口多余的滴定液去除后，关闭电磁阀4，此时滴定管底部不再流出液体。完成以上准备工作后，将带有圆形垂直冷却孔10和椭圆形的倾斜冷却孔12的工件11放置于滴定管7的底部，与滴定管出口位置相距约20mm，在工件11的放置过程中，使每排冷却孔与导轨8平行。将第一个需要封堵的孔与滴定管底部对准，打开电源，让电磁阀4打开，在压力作用下，滴定液在滴定管出口形成液滴，并滴落在需要封堵的微孔中，同时固化装置9打开，经过短时加热后，该孔滴定液固化，在微孔出口处形成微凸结构，如图2中的图2a和图2b所示。然后控制器驱动水平电机使滴定管移动到下一个待滴定的位置。当完成全部滴定工作后，可对工件进行喷涂，喷涂完毕后，待工件冷却至室温，将工件放入蒸馏水中浸泡2h，去除封堵的微凸结构。不需要对微孔周边进行任何机械修复，对微孔周围不会产生损伤，也不会产生悬臂结构的涂层。