专利名称：用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用强流脉冲离子束(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，属于装备维修工程领域。
背景技术：
世界上能独立研制航空发动机的国家屈指可数，远远少于能独立研制先进飞机的国家，涡轮叶片的寿命是决定现代高性能喷气发动机性能的制约因素，虽然这些部件在设计时精心选用了优良的高温合金及特殊的冷却结构，但在发动机服役过程中，涡轮叶片是薄弱环节之一；随着发动机燃烧室向高流量比、高推重比和高进口温度的方向发展，燃烧室中的燃烧温度和压力不断提高，为适应这一苛刻的工作环境，发展了双层、多层和梯度热障涂层，目前已有双层热障涂层投入使用；但是涂覆于合金表面的由陶瓷隔热顶层和金属粘结底层组成的双层热障涂层在长期使用过程中，金属粘结底层易氧化，在金属粘结底层与陶瓷隔热顶层之间，以及金属粘结底层与叶片基体之间形成氧化物，氧化物内产生很大的热应力，从而导致涂层沿着氧化物内部、氧化物与金属粘结底层界面、或氧化物与陶瓷隔热顶层界面处断裂失效，因此就必须用比较经济、有效的方法将已失效的双层热障涂层去除并重新涂覆，否则高造价的叶片会因涂层性能下降而报废，造成大的损失；叶片修复技术已成为航空发动机亟待解决的关键问题。
目前，采用的典型的叶片修复技术为钎焊修复，其修复工艺主要是用喷射剥离技术去除叶片上已失效的陶瓷隔热顶层，以及陶瓷隔热顶层与金属粘结底层之间的氧化物，用化学腐蚀方法去除叶片的金属粘结底层，用真空化学气相清洗已经过服役的叶片基体表面形成的氧化物，在真空炉中高温净化叶片基体表面，之后经过真空钎焊，叶面成形打磨，重新涂覆双层热障涂层；修复工艺中，叶片基体表面的清洗是叶片维修的关键技术，其所用的真空化学气相清洗，主要是在真空状态下，通过氢氟酸(HF)蒸气与Al2O3、Cr2O3、TiO2、NiO、CoO或Y2O3氧化物在1000℃以上反应生成金属氟化物，在高真空炉中加热到1200℃左右，使叶片基体表面的金属氟化物挥发，从而净化叶片基体表面；但这种真空化学气相清洗工艺主要存在下列不足①用氢氟酸(HF)蒸气清洗对设备腐蚀严重，且污染环境；②工艺较复杂，涉及两次真空清洗及两次真空加热。
强流脉冲离子束亦称之为强脉冲离子束(Intense pulsed ion beam-IPIB)或高功率离子束(High power ion beam-HPIB)，迄今，强流脉冲离子束技术已成功应用于辐照金属/非金属材料表面改性、薄膜沉积、纳米粉末制备，1997年，美国学者D.J.Rej，俄罗斯学者G.E.Remnev和日本学者K.Yatsui等在Journal of Vacuum Science and Technology A15卷第3期联合发表了关于强流脉冲离子束技术在材料领域的应用论文《Materials processing with intense pulsedion beams》，利用能量密度不超过5J/cm2的强流脉冲离子束，数次直接辐照钢铁和Ti基等金属，表面发生快速熔化和凝固，使表面硬度、耐磨性和耐蚀性提高，由于其使用较低能量密度的HIPIB，限制了在烧蚀作用方面的应用，不能应用于材料表面氧化物的清洗；利用能量密度为5～50J/cm2的强流脉冲离子束辐照W、Ti等金属或BN、ZrO2等陶瓷靶，产生烧蚀等离子体，在室温下于基体上进行薄膜沉积，利用超过10J/cm2的强流脉冲离子束辐照靶材的同时，施加1.3×102～1.3×103Pa反应气体，进行纳米粉末制备，这两种应用都利用较高能量密度HIPIB的烧蚀作用，但这两种应用为材料表面的薄膜沉积和纳米粉末制备，未能将其应用于材料表面的清洗。
2000年，T.J.Renk等的发明专利申请，其公开号为US006086726A，叙述了用能量密度为1.5～3J/cm2的强流脉冲离子束辐照Ti基体表面涂覆的Pt涂层；用能量密度为1～4J/cm2的强流脉冲离子束辐照Al基体表面涂覆的Al和Si涂层；以及用能量密度为3～4J/cm2的强流脉冲离子束辐照Fe和Fe基合金基体表面涂覆的Cr涂层，辐照次数25次以上使涂层与基体互混发生合金化，从而提高基体的力学性能，但较低能量密度的HIPIB，在合金化应用中没有发生烧蚀作用过程，因而，不能应用于清洗材料表面。
发明内容
本发明的目的和任务是要克服现有技术存在的①化学气相清洗工艺中氢氟酸易腐蚀设备，污染环境，需多次高温加热和真空清洗，工艺复杂；②强流脉冲离子束技术应用于辐照金属/非金属材料表面改性，其较低的能量密度限制其在烧蚀作用方面的应用，不能应用于材料表面氧化物的清洗；③利用强流脉冲离子束技术的烧蚀作用，目前仅适用于薄膜沉积和纳米粉末制备，而不能用来清洗维修材料表面的不足，提供一种用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，特提出本发明的技术解决方案。
本发明的基本构思是利用能量密度为5～60J/cm2的强流脉冲离子束在几十ns内，辐照已去除陶瓷隔热顶层和金属粘结底层，及其间所形成的氧化物的叶片基体表面，利用瞬间高能量密度的能量沉积，造成叶片基体表面温度的急剧升高，发生熔融、蒸发和烧蚀，烧蚀物质从叶片基体表面迅速汽化脱离，即可去除叶片基体表面存在的氧化物，再用能量密度为1～5J/cm2的强流脉冲离子束在几十ns内，辐照已去除了氧化物的叶片基体表面，使叶片基体表面熔融，焊合叶片基体表面存在的深度不超过5μm的微裂纹，从而达到清洗维修涡轮叶片基体表面的目的。
本发明所提出的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，包括用喷射剥离技术分别去除叶片上已失效的陶瓷隔热顶层[3]，以及陶瓷隔热顶层[3]与金属粘结底层[2]之间的氧化物[5]，用化学腐蚀方法去除叶片的金属粘结底层[2]后，对叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的去除和对微裂纹[6]的焊合，重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，其特征在于对叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]和微裂纹[6]的清洗维修，是在真空度高于1.0×10-2Pa条件下，用强流脉冲离子束[9]于室温下直接辐照的方式进行；其清洗维修工艺步骤是第一步，将已去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]的叶片，安置在强流脉冲离子束装置的试样台上，叶片安置在试样台上，使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，关闭该装置的真空室并抽真空，其真空度高于1.0×10-2Pa；第二步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片前曲面[7]存在的氧化物[4]，在室温条件下，采用脉冲宽度为60～70ns，能量密度为5～60J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照1～20次，去除叶片基体[1]表面0.1～10μm厚的氧化物[4]；第三步，用强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片前曲面[7]存在的微裂纹[6]，经第二步用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物[4]后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过5μm的微裂纹[6]，为焊合该微裂纹[6]，当第二步结束后，在室温条件下，采用脉冲宽度为60～70ns，能量密度为1～5J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对已去除氧化物[4]的叶片辐照1～10次，以焊合叶片基体[1]表面的微裂纹[6]；第四步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，和辐照焊合叶片后曲面[8]存在的微裂纹[6]，旋转叶片，使叶片后曲面[8]再完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，重复第二步、第三步工艺，完成叶片后曲面[8]的清洗维修；第五步，停机取样及清洗维修质量检验，关机，打开真空室，取出叶片，清洗维修质量检验，合格后转到另处，再重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，备用待出厂。
本发明的进一步特征在于根据叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度，确定所选强流脉冲离子束[9]能量密度和辐照次数，当要求去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度为下限值0.1μm，则强流脉冲离子束[9]能量密度采用下限值为5J/cm2，辐照次数采用下限值为1次，当要求去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度为上限值10μm，则强流脉冲离子束[9]能量密度采用上限值为60J/cm2，辐照次数采用上限值为20次；根据经第二步清洗氧化物[4]后，叶片基体[1]表面存在的微裂纹[6]的大小，确定焊合过程中，所选用的强流脉冲离子束[9]能量密度和辐照次数，当叶片基体[1]表面的微裂纹[6]深度不超过1μm，则焊合过程能量密度采用下限值1J/cm2，辐照次数采用下限值为1次；当叶片基体[1]表面的微裂纹[6]深度为5μm，则焊合过程能量密度采用上限值5J/cm2，辐照次数采用上限值为10次；叶片前曲面[7]或叶片后曲面[8]分别完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，是通过旋转试样台实现的；其所去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]，是指Al2O3或Cr2O3或TiO2或NiO或CoO或Y2O3氧化物，或其中多个氧化物的混和物。
本发明所提出的“叶片基体表面的清洗维修”，其中“叶片基体表面”的含义是指，已失效的叶片基体[1]表面经已有技术去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]后，存在于叶片基体[1]表面的局部氧化物[4]和因氧化所致的深度不超过5μm的微裂纹[6]，而“清洗维修”的含义是指，经已有技术的喷射剥离技术去除叶片上已失效的陶瓷隔热顶层[3]，以及陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]之间的氧化物[5]，和已有技术的化学腐蚀方法去除金属粘结底层[2]后，首先，采用能量密度为5～60J/cm2的强流脉冲离子束[9]去除叶片基体[1]表面存在的氧化物[4]，然后，再用能量密度为1～5J/cm2的强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片基体[1]表面存在的深度不超过5μm的微裂纹[6]的清洗和修复过程。
本发明所提出的“使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内”和“使叶片后曲面[8]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内”，其中“完全暴露”的含义是指，用强流脉冲离子束[9]辐照去除叶片前曲面[7]或叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，以及辐照焊合存在的微裂纹[6]工艺中，强流脉冲离子束[9]可照射到叶片前曲面[7]或叶片后曲面[8]的任何一点。
本发明的主要优点是①用强流脉冲离子束[9]直接辐照方式清洗维修叶片基体[1]表面，无需高温和防腐设备；②加工表面光滑平整；③无需接触有毒及腐蚀性物质，无污染。
本发明共设计5个附图，图1是涡轮叶片成品件横截面结构示意图，图2是已经过服役的涡轮叶片其横截面结构示意图，图3是本发明所设计的用强流脉冲离子束辐照，对已经过服役的涡轮叶片基体表面形成的局部氧化物和微裂纹的清洗维修技术示意图，图4是经强流脉冲离子束去除氧化物后，叶片基体表面存在微裂纹的横截面结构示意图，图5是经强流脉冲离子束辐照焊合微裂纹后，叶片基体呈现光滑平整表面的横截面结构示意图，下面通过对附图的说明，进一步阐明本发明的细节，图1是涡轮叶片成品件横截面结构示意中显示，涡轮叶片成品件，其叶片基体[1]表面涂覆有金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]组成的双层热障涂层，金属粘结底层[2]可为NiCrAlY、CoCrAlY或NiCoCrAlY，陶瓷隔热顶层[3]为ZrO2和(6～8wt.％)Y2O3的混和物。
图2是已经过服役的涡轮叶片其横截面结构示意中显示，已经过服役的涡轮叶片除了包括叶片基体[1]和涂覆于叶片基体表面已失效的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]之外，在叶片前曲面[7]和后曲面[8]因失效又形成了局部氧化物[4]和微裂纹[6]，图中氧化物[4]不是连续的，故用块状表示；其中，在清洗维修时，由已有技术的喷射剥离技术去除叶片的陶瓷隔热顶层[3]，以及陶瓷隔热顶层[3]与金属粘结底层[2]之间的氧化物[5]，由化学腐蚀方法去除叶片的金属粘结底层[2]，而去除叶片基体[1]表面形成的局部氧化物[4]和微裂纹[6]，将由本发明技术清洗维修实现，最后再由已有技术完成其表面重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，而成为成品件。
图3是本发明所设计的用强流脉冲离子束辐照，对已经过服役的涡轮叶片基体表面形成的局部氧化物和微裂纹的清洗维修技术示意中显示，在去除叶片基体[1]表面的金属粘结底层和陶瓷隔热顶层及其间的氧化物后，叶片基体[1]表面存在局部氧化物[4]和微裂纹[6]，将叶片基体[1]表面完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，辐照时即可去除叶片基体[1]表面形成的局部氧化物[4]，其中实线箭头为强流脉冲离子束[9]，其束线指向被加工的叶片曲面，符号[7]为叶片前曲面，符号[8]为叶片后曲面。
图4是经强流脉冲离子束去除氧化物后，叶片基体表面存在微裂纹的横截面结构示意中显示，用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过5μm的微裂纹[6]，该微裂纹[6]在强流脉冲离子束[9]辐照下迅速焊合，其中实线箭头为强流脉冲离子束[9]，其束线指向被加工的叶片曲面。
图5是经强流脉冲离子束辐照焊合微裂纹后，叶片基体呈光滑平整表面的横截面结构示意中显示，用强流脉冲离子束辐照焊合叶片基体[1]表面存在的微裂纹后，叶片基体[1]表面呈现为无裂纹状态，表面光滑平整，再通过已有技术的修复方法，在叶片基体[1]表面重新涂覆新的由陶瓷隔热顶层和金属粘结底层组成的双层热障涂层，从而清洗维修成为涡轮叶片成品件。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步说明本发明的细节采用具有短脉冲和高能量密度特征的强流脉冲离子束，对材料表面瞬间直接辐照，清洗维修涡轮叶片基体表面成为一种有前景的清洗维修技术。
实施例1
某公司要求清洗已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的0.1μm厚的氧化物[4]，去除厚度精度要求达到±0.02μm，要求叶片加工表面平整光滑和基体不产生变形，现采用本发明的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其清洗维修工艺步骤如下第一步，将已去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]的叶片，安置在强流脉冲离子束装置的试样台上，叶片安置在试样台上，使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，关闭该装置的真空室并抽真空，其真空度高于1.0×10-2Pa；第二步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片前曲面[7]存在的氧化物[4]，在室温条件下，采用脉冲宽度为60ns，能量密度为5J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照1次，即可去除其表面的氧化物[4]；第三步，用强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片前曲面[7]存在的微裂纹[6]，经第二步用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物[4]后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过1μm的微裂纹[6]，为焊合该微裂纹[6]，当第二步结束后，在室温条件下，采用脉冲宽度为60ns，能量密度为1J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对已去除氧化物[4]的叶片辐照1次，叶片基体[1]表面的微裂纹[6]被焊合；第四步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，和辐照焊合叶片后曲面[8]存在的微裂纹[6]，旋转叶片，使叶片后曲面[8]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，重复第二步、第三步工艺，完成叶片后曲面[8]的清洗维修；
第五步，停机取样及清洗维修质量检验，关机，打开真空室，取出叶片，清洗维修质量检验，经检验该叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]去除0.12μm，叶片加工表面平整光滑和基体没有产生变形，满足用户对已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的0.1μm厚的氧化物[4]清洗的要求，转到另处，再重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，备用待出厂。
实施例2某航空发动机公司要求清洗已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的8.2μm厚的氧化物[4]，去除厚度精度要求达到±0.1μm，要求叶片加工表面光滑平整和基体不产生变形，现采用本发明的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其清洗维修工艺步骤如下第一步，将已去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]的叶片，安置在强流脉冲离子束装置的试样台上，叶片安置在试样台上，使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，关闭该装置的真空室并抽真空，其真空度高于1.0×10-2Pa；第二步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片前曲面[7]存在的氧化物[4]，在室温条件下，采用脉冲宽度为65ns，能量密度为60J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照16次，再用脉冲宽度为65ns，能量密度为10J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照1次，便去除叶片基体[1]表面的氧化物[4]；第三步，用强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片前曲面[7]存在的微裂纹[6]，经第二步用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物[4]后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过3μm的微裂纹[6]，为焊合该微裂纹[6]，当第二步结束后，在室温条件下，采用脉冲宽度为65ns，能量密度为3J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对已去除氧化物[4]的叶片辐照8次，以焊合叶片基体[1]表面的微裂纹[6]；第四步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，和辐照焊合叶片后曲面[8]存在的微裂纹[6]，旋转叶片，使叶片后曲面[8]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，重复第二步、第三步工艺，完成叶片后曲面[8]的清洗维修；第五步，停机取样及清洗维修质量检验，关机，打开真空室，取出叶片，清洗维修质量检验，经检验该叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]去除8.25μm，叶片加工表面光滑平整和基体没有产生变形，满足用户对已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的8.2μm厚的氧化物[4]清洗的要求，转到另处，再重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，备用待出厂。
实施例3某公司要求清洗已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的10μm厚的氧化物[4]，去除厚度精度要求达到±0.1μm，要求叶片加工表面光滑平整和基体不产生变形，现采用本发明的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其清洗维修工艺步骤如下第一步，将已去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]的叶片，安置在强流脉冲离子束装置的试样台上，叶片安置在试样台上，使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，关闭该装置的真空室并抽真空，其真空度高于1.0×10-2Pa；第二步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片前曲面[7]存在的氧化物[4]，在室温条件下，采用脉冲宽度为70ns，能量密度为60J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照20次，叶片基体[1]表面的氧化物[4]被去除；第三步，用强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片前曲面[7]存在的微裂纹[6]，经第二步用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物[4]后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过5μm的微裂纹[6]，为焊合该微裂纹[6]，第二步结束后，在室温条件下，采用脉冲宽度为70ns，能量密度为5J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对已去除氧化物[4]的叶片辐照10次，便焊合叶片基体[1]表面的微裂纹[6]；第四步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，和辐照焊合叶片后曲面[8]存在的微裂纹[6]旋转叶片，使叶片后曲面[8]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，重复第二步、第三步工艺，完成叶片后曲面[8]的清洗维修；第五步，停机取样及清洗维修质量检验，关机，打开真空室，取出叶片，清洗维修质量检验，经检验该叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]去除10.1μm，叶片加工表面光滑平整和基体没有产生变形，满足用户对已经过服役的涡轮叶片基体[1]表面形成的10μm厚的氧化物[4]清洗的要求，转到另处，再重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，备用待出厂。
权利要求
1.用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，包括用喷射剥离技术分别去除叶片上已失效的陶瓷隔热顶层[3]，以及陶瓷隔热顶层[3]与金属粘结底层[2]之间的氧化物[5]，用化学腐蚀方法去除叶片的金属粘结底层[2]后，对叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的去除和对微裂纹[6]的焊合，重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，其特征在于a)对叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]和微裂纹[6]的清洗维修，是在真空度高于1.0×10-2Pa条件下，用强流脉冲离子束[9]于室温下直接辐照的方式进行；b)其清洗维修工艺步骤是第一步，将已去除陶瓷隔热顶层[3]和金属粘结底层[2]，及其间所形成的氧化物[5]的叶片，安置在强流脉冲离子束装置的试样台上叶片安置在试样台上，使叶片前曲面[7]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，关闭该装置的真空室并抽真空，其真空度高于1.0×10-2Pa；第二步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片前曲面[7]存在的氧化物[4]在室温条件下，采用脉冲宽度为60～70ns，能量密度为5～60J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对叶片基体[1]表面的氧化物[4]辐照1～20次，去除叶片基体[1]表面0.1～10μm厚的氧化物[4]；第三步，用强流脉冲离子束[9]辐照焊合叶片前曲面[7]存在的微裂纹[6]经第二步用强流脉冲离子束[9]辐照叶片基体[1]表面，清洗氧化物[4]后，在叶片基体[1]表面存在深度不超过5μm的微裂纹[6]，为焊合该微裂纹[6]，当第二步结束后，在室温条件下，采用脉冲宽度为60～70ns，能量密度为1～5J/cm2的强流脉冲离子束[9]，对已去除氧化物[4]的叶片辐照1～10次，以焊合叶片基体[1]表面的微裂纹[6]；第四步，用强流脉冲离子束[9]去除叶片后曲面[8]存在的氧化物[4]，和辐照焊合叶片后曲面[8]存在的微裂纹[6]旋转叶片，使叶片后曲面[8]完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，重复第二步、第三步工艺，完成叶片后曲面[8]的清洗维修；第五步，停机取样及清洗维修质量检验关机，打开真空室，取出叶片，清洗维修质量检验，合格后转到另处，再重新涂覆新的金属粘结底层[2]和陶瓷隔热顶层[3]，备用待出厂。
2.根据权利要求1所述的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其特征在于根据叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度，确定所选强流脉冲离子束[9]能量密度和辐照次数，当要求去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度为下限值0.1μm，则强流脉冲离子束[9]能量密度采用下限值为5J/cm2，辐照次数采用下限值为1次，当要求去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]的厚度为上限值10μm，则强流脉冲离子束[9]能量密度采用上限值为60J/cm2，辐照次数采用上限值为20次。
3.根据权利要求1所述的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其特征在于根据经第二步清洗氧化物[4]后，叶片基体[1]表面存在的微裂纹[6]的大小，确定焊合过程中，所选用的强流脉冲离子束[9]能量密度和辐照次数，当叶片基体[1]表面的微裂纹[6]深度不超过1μm，则焊合过程能量密度采用下限值1J/cm2，辐照次数采用下限值为1次；当叶片基体[1]表面的微裂纹[6]深度为5μm，则焊合过程能量密度采用上限值5J/cm2，辐照次数采用上限值为10次。
4.根据权利要求1所述的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其特征在于叶片前曲面[7]或叶片后曲面[8]分别完全暴露在强流脉冲离子束[9]束线辐射区内，是通过旋转试样台实现的。
5.根据权利要求1或2或3所述的用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，其特征在于其所去除叶片基体[1]表面形成的氧化物[4]，是指Al2O3或Cr2O3或TiO2或NiO或CoO或Y2O3氧化物，或其中多个氧化物的混和物。
全文摘要
装备维修工程领域中，用强流脉冲离子束对涡轮叶片基体表面的清洗维修技术，特征在真空度高于1.0×10
文档编号F01D5/28GK1737199SQ20051004707
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月17日 优先权日2005年8月17日
发明者雷明凯, 苗收谋, 徐忠成, 韩晓光, 张智 申请人:大连理工大学