高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法
【专利摘要】本发明涉及高温合金热端部件修复领域，具体为一种高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，（1）去除高温合金热端部件缺陷表面的氧化层等，使缺陷处呈现金属光泽；（2）采用镍基或钴基合金粉末填充缺陷空间，并塑化成型，随后经高温烧结；（3）将经B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末置于填充金属上方，进行高温瞬态液相熔渗实现致密化；（4）打磨清理；（5）将高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理。本发明可以解决高Al+Ti高温合金热端部件大间隙缺陷修复强度低而报废问题，可实现高强度连接，修复合格率高，适用于航空发动机、电力燃机和舰艇燃机的热端部件经服役使用过程所引起的裂纹、烧蚀洞与腐蚀坑等大间隙缺陷。
【专利说明】高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法【技术领域】:[0001]本发明涉及高温合金热端部件修复领域，具体为一种高温合金热端部件大间隙缺 陷瞬态液相熔渗修复方法。【背景技术】:[0002]航空发动机和工业燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片及喷咀等热端部件在长期服役 过程中易引起裂纹、烧蚀洞、腐蚀坑及磨损等大间隙缺陷。随着航空发动机和工业燃气轮机 输出功率的增大，热端部件的这种磨损、腐蚀及烧蚀损伤失效愈严重。[0003]航空发动机和工业燃气轮机热端部件通常采用高温力学性能和高温抗氧化、抗腐 蚀性能优异的镍基、钴基合金制造，并采用复杂型面及冷却结构设计。这些部件长期工作在 高温高压及冷热循环等恶劣的环境中，易导致这些高温合金热端部件在使用过程中产生、 烧蚀洞与腐蚀坑等大间隙缺陷，由于新件制造工艺复杂，生产成本高，若采用更换新件处 理，则会大幅提高航空发动机和工业燃气轮机维修运行成本。另外，由于高温合金热端部件 大多由Al、Ti含量很高的镍基高温合金制造，具有很高的裂纹敏感性，当采用熔焊修复时， 易在焊接及焊后热处理过程中形成裂纹，这就极大的限制了高温合金热端部件的修复与再 制造。[0004]由于缺乏适合的修复方法，目前许多高温合金热端部件的裂纹、烧蚀、磨损等缺陷 一旦超过允许使用标准就只能报废处理。因此对受损高温合金热端部件进行修复具有非常 高的经济价值。
【发明内容】
:[0005]本发明的目的在于提供一种高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方 法,解决高Al、Ti含量的镍基、钴基与铁基高温合金热端部件裂纹、烧蚀洞、腐蚀坑及磨损 等大间隙缺陷难修复、强度低，不能及时可靠修复等问题。[0006]本发明的技术方案是:[0007]—种高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，具体步骤如下:[0008](I)洁净化处理[0009]采用机械法或化学法去除缺陷附近的衰变组织；[0010](2)多孔骨架制备[0011]采用镍基或钴基合金粉末填充缺陷空间，并塑化成型，随后经高温烧结形成多孔 骨架结构；[0012](3)致密化处理[0013]将经B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末置于多孔骨架的上方或下方，进行高温 瞬态液相熔渗致密化处理，实现缺陷的空间性连结；[0014](4)打磨清理；[0015](5)均匀化处理[0016]将经瞬态液相熔渗修复后的高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理。
[0017]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，步骤(1)中，洁净化处理时，采用机械法或化学法彻底去除缺陷附近的衰变组织，使缺陷附近呈现金属光泽。
[0018]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，步骤(2)中，制备多孔骨架时，先制备填充大间隙缺陷空间的材料，随后将此材料填充到大间隙缺陷空间中， 并保持已塑化成的形状，填充材料为合金粉末:叶片基体合金粉末或其它镍基、钴基或铁基高温合金粉末，通过向粉末中添加塑化剂使合金粉末具有可塑化的作用，塑化剂的加入量占合金粉末重量的5~20*%。
[0019]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，步骤(3)中，将经 B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末，再经塑化处理后置于多孔骨架的上方或下方，进行高温瞬态液相熔渗致密化处理；致密化处理所采用B、Zr或Hf活化处理的粉末材料；其中， 硼活化方法为硼粉、硼化物与合金粉末按重量比例为1:9~1:15,通过机械球磨处理活化
0.5~I小时；错或铪活化方法为错粉或铪粉与合金粉末按重量比例为1:9~1:15进行机械球磨处理0.5~I小时,错粉或铪粉粉末粒度为300目；活化处理后的合金粉末的塑化成型是通过向粉末中添加塑化剂，塑化剂的加入量占合金粉末重量的5~20%。
[0020]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，步骤(2)和步骤
(3)是高温合金热端部件大间隙缺陷空间填充材料的烧结多孔骨架结构，瞬态液相熔渗致密化并与叶片基体形成一体，加热烧结多孔骨架结构及瞬态液相熔渗致密化是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，由脱塑化剂一多孔化烧结一熔渗致密化一炉冷四个阶段所构成，控温采用钼-铑热电偶，控温精度为±10°C。
[0021]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，脱塑化剂温度为 100~400°C，时间为0.5~I小时；多孔化烧结温度为1000~1200°C，时间为0.5~2小时；渗透致密化温度为1000~1250°C，时间为0.5~2小时；经过熔渗致密化后，致密度大于98%，强度为叶片基体合金的90%以上。
[0022]所述的高温合金热端 部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，步骤(5)是将经瞬态液相熔渗修复后的高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理；均匀化处理是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，均匀化处理温度为1120~1210°C，时间为 8~16小时；控温采用钼-铑热电偶，控温精度为±10°C。
[0023]所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，热端部件大间隙缺陷为穿透叶片壁厚的裂纹，裂纹长> 1.0mm ;裂纹宽度0.5mm~4mm ;热端部件大隙缺陷为烧蚀洞或腐蚀坑，尺寸大小为①Imm~C^Omm ;磨损大间隙缺陷,尺寸0.5mm~2mm。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025]1、采用本发明高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，可以实现服役损伤失效的航空发动机和工业燃气轮机的热端部件之几何结构修复和显微组织的调整。
[0026]2、本发明可实现高Al、Ti含量镍基高温合金热端部件大间隙缺陷的近等强度修复连接，可延长高温合金热端部件的使用寿命。
[0027]3、本发明在镍基高温合金热端部件大间隙缺陷修复过程中，可实现高温合金热端部件的整体加热，有效降低部件的明显变形。
[0028]4、本发明可瞬态液相熔渗修复工艺与合金恢复热处理工序合二为一，恢复高温合金热端部件的组织结构，进一步延长其使用性能，可大幅节约运行成本。[0029]5、本发明操作简单，修复效率高，利于批量生产。[0030]6、本发明可以解决高Al+Ti高温合金热端部件大间隙缺陷修复强度低而报废问 题，可实现高强度连接，修复过程简便快捷，可实现大批量同时处理，修复合格率高。[0031]7、本发明适用于诸如航空发动机、电力燃机和舰艇燃机的热端部件经服役使用过 程所引起的裂纹、烧蚀洞与腐蚀坑等大间隙缺陷。【具体实施方式】:[0032]本发明高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，具体步骤如下:[0033]( I)采用机械法或化学法去除缺陷附近的氧化层等衰变组织；(2)镍基或钴基合 金粉末填充缺陷空间，并塑化成型，随后经高温烧结形成多孔骨架结构；(3)将经B、Zr或Hf 活化处理的镍基合金粉末经塑化处理后置于多孔骨架上方或下方，进行高温瞬态液相熔渗 实现致密化处理，实现缺陷的空间性连结；(4)打磨清理；(5)将经瞬态液相熔渗修复后的 高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理。[0034]其中，步骤(I)是洁净化处理时，可采用机械法或化学法彻底去除缺陷附近的氧 化层、硫化物等衰变组织。[0035]其中，步骤(2)是填充大间隙缺陷空间的材料制备和随后将此材料填充到大间隙 缺陷空间中，并保持已塑化成的形状，填充材料可以是合金粉末:叶片基体合金粉末或其它 镍基、钴基或铁基高温合金粉末，通过向粉末中添加塑化剂使合金粉末具有可塑化的作用， 塑化剂的加入量占合金粉末重量的5?20%。[0036]其中，步骤(3)中将经B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末经塑化处理后置于多 孔骨架上方或下方，进行高温瞬态液相熔渗实现致密化处理。致密化处理所采用的B、Zr或 Hf活化处理的粉末材料，硼活化方法为硼粉、硼化物与合金粉末按重量比例为1:9?1:15， 经机械球磨处理活化0.5?I小时；硼活化方法为硼化物、硼酸或硼酸盐与合金粉末通过机 械球磨活化；错或铪活化方法为错粉或铪粉(粉末粒度为300目)与合金粉末按重量比例 为1:9?1:15进行机械球磨处理活化0.5?I小时。活化处理过的合金粉末的塑化成型 是通过向粉末中添加塑化剂，塑化剂的加入量占合金粉末重量的5?20%。[0037]本发明中，塑化剂为起到塑化和成型作用的常规塑化剂，如:商用水基粘结剂 (Water binder-1),该塑化剂由泰州市艾瑞克新型材料有限公司提供。[0038]其中，步骤(2)和步骤(3)是高温合金热端部件大间隙缺陷空间填充材料的烧结 多孔骨架结构，瞬态液相熔渗致密化并与叶片基体形成一体，加热烧结多孔骨架结构及瞬 态液相熔渗致密化是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，由脱塑化剂 —多孔化烧结一熔渗致密化一炉冷四个阶段所构成，实时控温采用钼-铑热电偶，控温精 度为±10°C。[0039]其中，步骤(5)是将经瞬态液相熔渗修复后的高温合金热端部件在高温下进行均 匀化处理。均匀化处理是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，均匀化 处理温度为1120?1210°C，时间为8?16小时；实时控温采用钼-铑热电偶，控温精度为 + IO0C0[0040]其中，脱塑化剂温度为100?400°C，时间为0.5?I小时；多孔化烧结温度为1000~1200°C，时间为0.5~2小时；渗透致密化温度为1000~1250°C，时间为0.5~2 小时；经过熔渗致密化后，致密度大于98%，强度为叶片基体合金的90%以上。
[0041]其中，热端部件大间隙缺陷为穿透叶片壁厚的裂纹，裂纹长> 1.0mm;裂纹宽度
0.5mm~4mm ;热端部件大隙缺陷为烧蚀洞或腐蚀坑，尺寸大小为Olmm~O20mm ;磨损大间隙缺陷，尺寸0.5mm~2_。
[0042]本发明中，大间隙缺陷填充镍基合金材料，其成分如下(wt.% ):
[0043]
【权利要求】
1.一种高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，具体步骤如下:(1)洁净化处理采用机械法或化学法去除缺陷附近的衰变组织；(2)多孔骨架制备采用镍基或钴基合金粉末填充缺陷空间，并塑化成型，随后经高温烧结形成多孔骨架结构；(3)致密化处理将经B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末置于多孔骨架的上方或下方，进行高温瞬态液相熔渗致密化处理，实现缺陷的空间性连结；(4)打磨清理；(5)均匀化处理将经瞬态液相熔渗修复后的高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理。
2.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，步骤(1)中，洁净化处理时，采用机械法或化学法彻底去除缺陷附近的衰变组织， 使缺陷附近呈现金属光泽。
3.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，步骤(2)中，制备多孔骨架时，先制备填充大间隙缺陷空间的材料，随后将此材料填充到大间隙缺陷空间中，并保持已塑化成的形状，填充材料为合金粉末:叶片基体合金粉末或其它镍基、钴基或铁基高温合金粉末，通过向粉末中添加塑化剂使合金粉末具有可塑化的作用，塑化剂的加入量占合金粉末重量的5~20%。
4.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，步骤(3)中，将经B、Zr或Hf活化处理的镍基合金粉末，再经塑化处理后置于多孔骨架的上方或下方，进行高温瞬态液相熔渗致密化处理；致密化处理所采用B、Zr或Hf活化处理的粉末材料；其中，硼活化方法为硼粉或硼化物与合金粉末按重量比例为1:9~1:15， 通过机械球磨处理活化0.5~I小时；错或铪活化方法为错粉或铪粉与合金粉末按重量比例为1:9~1:15进行机械球磨处理0.5~I小时，锆粉或铪粉粉末粒度为300目；活化处理后的合金粉末的塑化成型是通过向粉末中添加塑化剂，塑化剂的加入 量占合金粉末重量的5~20%。
5.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)是高温合金热端部件大间隙缺陷空间填充材料的烧结多孔骨架结构，瞬态液相熔渗致密化并与叶片基体形成一体，加热烧结多孔骨架结构及瞬态液相熔渗致密化是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，由脱塑化剂一多孔化烧结一熔渗致密化一炉冷四个阶段所构成，控温采用钼-铑热电偶，控温精度为±10°C。
6.按照权利要求5所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，脱塑化剂温度为100~400°C，时间为0.5~I小时；多孔化烧结温度为1000~ 1200°C，时间为0.5~2小时；渗透致密化温度为1000~1250°C，时间为0.5~2小时；经过熔渗致密化后，致密度大于98 %，强度为叶片基体合金的90 %以上。
7.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，步骤(5)是将经瞬态液相熔渗修复后的高温合金热端部件在高温下进行均匀化处理；均匀化处理是采用真空炉或惰性气体保护下的热处理炉升温加热过程，均匀化处理温度为1120~1210°C，时间为8~16小时；控温采用钼-铑热电偶，控温精度为±10°C。
8.按照权利要求1所述的高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法，其特征在于，热端部件大间隙缺陷为穿透叶片壁厚的裂纹，裂纹长> 1.0mm ;裂纹宽度0.5mm~ 4mm ;热端部件大隙缺陷为烧蚀洞或腐蚀坑,尺寸大小为Olmm~C>20mm ;磨损大间隙缺陷， 尺寸0.5mm~2mmo
【文档编号】B23P6/00GK103551794SQ201310497017
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】谢玉江, 杨彦红, 王明生, 韩旭 申请人:中国科学院金属研究所