一种涡轮叶片MCrAlY涂层物理修复方法与流程

本发明属于发动机涡轮叶片物理气相沉积制备技术领域，具体涉及一种涡轮叶片mcraly涂层物理修复方法。

背景技术：

为了提高涡轮叶片的抗氧化及耐腐蚀性能，对涡轮叶片表面涂敷抗氧化及耐腐蚀性的mcraly涂层，但在涂层过程中，有时会出现设备故障等原因，造成叶片涂层厚度达不到设计要求。以前处理这种突发故障的涡轮叶片是将已涂敷涂层全部去除，再重新按原工艺进行涂敷。因为涡轮叶片型面为曲面，在去除过程中有时会出现叶片型面局部减薄，最终造成涡轮叶片报废；另外，去除涂层工艺复杂，造成叶片涂层制造成本增加。

在专利检索过程中发现，一种高压涡轮工作叶片抗氧化腐蚀涂层修复方法，专利号cn102817000b，发明人：程玉贤。所述采用湿吹砂处理方法对叶片进行处理，然后将去除原有涂层的叶片进行超声波清洗和丙酮浸洗，再进行干燥和外观检查，称重；然后采用真空电弧镀方法对前处理后的叶片进行alsiy涂层涂镀，对涂镀后的叶片进行真空热处理，最后对真空热处理后的叶片进行涂层湿吹砂处理后，得到最终产品，该方法存在以下两点缺点：其一、吹砂去除原有涂层过程中易引起叶片型面超差，最终导致叶片报废；其二、湿吹砂处理后只进行外观检查和称重，无法判定叶片是否尺寸超差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种涡轮叶片mcraly涂层物理修复方法，以解决现有技术的问题，本发明方法使得涂层生产过程效率大力提高，避免了叶片的废品出现，本发明也可用于叶片使用后的涂层修理。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涡轮叶片mcraly涂层物理修复方法，包括以下步骤：

步骤1、在涂层过程中出现设备故障时，将涡轮叶片从设备中取出，检查涂层表面有无氧化现象，当无氧化现象时，将涡轮叶片包裹保护以防止外来物污染，然后进入步骤4；当有氧化现象时，进入步骤2；

步骤2、将涡轮叶片榫头保护，采用湿吹砂方法对涡轮叶片涂层表面进行吹砂清理，然后将湿吹砂后的涡轮叶片用纯氩气吹干；

步骤3：将步骤2吹干后的涡轮叶片进行超声波清洗，然后将超声波清洗后的涡轮叶片用纯氩气吹干；

步骤4：待设备修理好后，将涡轮叶片装炉，调节真空度及温度至设定值；

步骤5：采用辉光、轰击清理涡轮叶片表面；

步骤6：进行补涂层处理，当步骤1中涡轮叶片无氧化现象时，补涂层处理时间为：工艺规程要求时间减去设备故障前已涂覆时间，再加30～40min；当步骤1中涡轮叶片有氧化现象时，补涂层处理时间为：工艺规程要求时间减去设备故障前已涂覆时间，再加60～80min；

步骤7：对涂层进行真空扩散处理。

进一步地，步骤2中湿吹砂方法的吹砂风压1.5～2mpa。

进一步地，步骤2中湿吹砂方法的吹砂时间10～20秒。

进一步地，步骤3中采用丙酮作为清洗剂进行超声波清洗。

进一步地，步骤3中超声波清洗时间为20～25min。

进一步地，步骤4中抽真空至高于5×10^-2pa，将加热室温度设定为100～140℃，保温1～1.5h；然后将加热室温度调到280～350℃，向加热室充氩气，使压力达(1.0～1.1)×10^-1pa。

进一步地，步骤5中辉光、轰击清理时间为5～10min。

进一步地，步骤7中涂层真空扩散处理具体为：将涡轮叶片榫头朝下插入工装内装炉，将炉温升至800℃，保温至涡轮叶片温度达800℃止，并在800℃分压至5～20pa；将炉温升至900～930℃，保温至涡轮叶片温度达890～940℃止，在890～940℃保温3～4h，将涡轮叶片随炉真空冷却到500℃以下，再充氩气至0.5～1.0bar，打开风扇，将叶片冷到80℃以下，叶片出炉空冷到室温。

进一步地，将炉温升至800℃时的升温速率为6～8℃/分钟。

进一步地，将炉温升至900～930℃时的升温速率为5～6℃/分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方法使得涂层生产过程效率大力提高，避免了叶片的废品出现，本发明也可用于叶片使用后的涂层修理。该方法避免了因突发故障造成涡轮叶片涂层返工处理过程中去除涂层引起叶片型面超差而报废，该方法通过对已涂敷涂层厚度的掌握和吹砂工艺严格的控制，以达到无废品高效率的涂层修理。

附图说明

图1为一次涂层截面金相照片；

图2为经过一次涂层修理截面金相照片。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述：

一种涡轮叶片mcraly涂层的修复方法，具体过程是：在涂层过程中出现设备故障时，将涡论叶片全部取出，检查涂层表面有无氧化现象，对无氧化的涡轮叶片，取出后用干净的白纸将叶片包裹保护以防外来物污染。在设备修理好后，对包裹保护的叶片直接装炉，在抽真空达到规范要求值后，进行辉光、轰击清理5～10分钟，重新进行涂敷涂层，涂敷时间为：工艺规程要求时间减去设备故障前已涂敷时间，再加30～40分钟。对已产生氧化的叶片(一般氧化只是表面层氧化色)，采用湿吹砂方法，对涂层表面进行清理，清理后按工艺规程重新进行涂层处理，但涂层时间应进行调整，调整为：工艺规程要求时间减去设备故障前已涂敷时间，再加60～80min。经过一次涂层修理金相照片如图2所示，从图中可以看出，原涂层与补涂层之间结合紧密。为了检查涂层与基体的结合情况，采用相关标准，涂层的试片在φ3mm的圆棒上折弯不小于90°，涂层弯曲后，在垂直于涂层延伸纤维方向上未见涂层开裂、起层，完全符合标准要求。拉力试验检测涂层结合力，数据如表1所示，表中1-1～1-3为一次涂层，2-1～2-3为经过一次涂层修理，从表中数据可以看出，一次涂层，经过一次涂层修理断裂位置全在胶面处，涂层结合力均符合标准要求。采用对于涂层后超重的叶片，去除涂层后允许有残留涂层存在(5％面积)，再采用工艺规程要求工艺重新进行涂层处理，提交验收。

表1涂层与基体间的拉力数据

下面对本发明实施例操作过程做详细描述：

实施例1

步骤1、将涡轮叶片从设备中取出，用干净的白纸将叶片包裹保护以防外来物污染；

步骤2、湿吹砂：将叶片榫头保护，采取湿吹砂方法对涡轮叶片涂层表面进行吹砂清理，吹砂风压1.5mpa，时间20秒，去除氧化色，湿吹砂后的叶片外观检查、吹干及周转过程中，不允许直接接触叶片叶身及上缘板。将湿吹砂后的叶片、废叶片及试片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤3、超声波清洗：丙酮作为清洗剂，将吹干后的叶片进行超声波清洗，清洗时间为25分。将超声波清洗后的叶片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤4、沉积涂层：将叶片装炉，抽真空高于5×10^-2pa，将加热室温度设定为100℃，保温1.5h；将加热室温度调到350℃；向加热室充氩气，使压力达1.1×10^-1pa；

步骤5、辉光、轰击清理叶片表面；

步骤6、计算补涂层时间，开始进行补涂层处理。

步骤7、涂层真空扩散处理，戴干净白手套将叶片榫头向下插入工装内装炉，叶片叶身及缘版涂层表面不允许与其它接触，以6℃/分将炉温升至800℃，保温至零件温度达800℃止，并在800℃分压至5pa；以5℃/分钟将炉温升至900℃，保温至零件温度达900±10℃止，在900±10℃保温3h，将叶片随炉真空冷却到500℃以下；再充氩气至0.5bar，打开风扇，将叶片冷到80℃以下；叶片出炉空冷到室温。

实施例2

步骤1、将涡轮叶片从设备中取出，用干净的白纸将叶片包裹保护以防外来物污染；

步骤2、湿吹砂：将叶片榫头保护，采取湿吹砂方法对涡轮叶片涂层表面进行吹砂清理，吹砂风压2mpa，时间10秒，去除氧化色，湿吹砂后的叶片外观检查、吹干及周转过程中，不允许直接接触叶片叶身及上缘板。将湿吹砂后的叶片、废叶片及试片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤3、超声波清洗：丙酮作为清洗剂，将吹干后的叶片进行超声波清洗，清洗时间为20分。将超声波清洗后的叶片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤4、沉积涂层：将叶片装炉，抽真空高于5×10^-2pa，将加热室温度设定为140℃，保温1h；将加热室温度调到280℃；向加热室充氩气，使压力达1.0×10^-1pa；

步骤5、辉光、轰击清理叶片表面；

步骤6、计算补涂层时间，开始进行补涂层处理。

步骤7、涂层真空扩散处理，戴干净白手套将叶片榫头向下插入工装内装炉，叶片叶身及缘版涂层表面不允许与其它接触，以8℃/分将炉温升至800℃，保温至零件温度达800℃止，并在800℃分压至20pa；以6℃/分钟将炉温升至930℃，保温至零件温度达930±10℃止，在930±10℃保温4h，将叶片随炉真空冷却到500℃以下；再充氩气至1.0bar，打开风扇，将叶片冷到80℃以下；叶片出炉空冷到室温。

实施例3

步骤1、将涡轮叶片从设备中取出，用干净的白纸将叶片包裹保护以防外来物污染；

步骤2、湿吹砂：将叶片榫头保护，采取湿吹砂方法对涡轮叶片涂层表面进行吹砂清理，吹砂风压1.6mpa，时间15秒，去除氧化色，湿吹砂后的叶片外观检查、吹干及周转过程中，不允许直接接触叶片叶身及上缘板。将湿吹砂后的叶片、废叶片及试片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤3、超声波清洗：丙酮作为清洗剂，将吹干后的叶片进行超声波清洗，清洗时间为23分。将超声波清洗后的叶片用纯氩气吹干(仅对有氧化的叶片)。

步骤4、沉积涂层：将叶片装炉，抽真空高于5×10^-2pa，将加热室温度设定为120℃，保温1.2h；将加热室温度调到300℃；向加热室充氩气，使压力达1.1×10^-1pa；

步骤5、辉光、轰击清理叶片表面；

步骤6、计算补涂层时间，开始进行补涂层处理。

步骤7、涂层真空扩散处理，戴干净白手套将叶片榫头向下插入工装内装炉，叶片叶身及缘版涂层表面不允许与其它接触，以7℃/分将炉温升至800℃，保温至零件温度达800℃止，并在800℃分压至10pa；以5.5℃/分钟将炉温升至920℃，保温至零件温度达920±10℃止，在920±10℃保温3.5h，将叶片随炉真空冷却到500℃以下；再充氩气至0.9bar，打开风扇，将叶片冷到80℃以下；叶片出炉空冷到室温。

经过一次涂层修理涡轮叶片扩散处理后性能符和相关标准要求，见表2、表3、表4。

表2室温拉伸性能数据

表3760℃高温持久性能数据

表4980℃高温持久性能数据