一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法与流程

本发明属于燃气涡轮发动机单晶高温合金空心叶片制备技术，涉及一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法。

背景技术：

1、随着先进航空发动机涡轮前温度不断刷新纪录，为了提高单晶涡轮叶片高温、高载荷使役工况下的冷却效率，单晶涡轮叶片内腔被设计为带有多层薄壁、冲击孔、纵向隔肋、扰流肋、扰流柱、排气窗口等小尺寸、大曲率复杂空心散热结构。单晶空心叶片铸件在精密铸造工艺全流程生产过程中需经过低倍腐蚀检验工序对叶片铸件表面晶体缺陷进行检验，最终才能获得合格叶片铸件。但是由于低倍腐蚀液对单晶高温合金具有选择性腐蚀特点，并且单晶空心叶片内腔表面结构复杂，各典型特征结构的应力集中系数不尽相同，低倍腐蚀液腐蚀能力过强会导致空心叶片各典型结构表面粗糙度增大，降低叶片使役寿命，而低倍腐蚀液腐蚀能力过弱又会引起显晶失效，无法发现叶片铸件晶体缺陷。

2、为了有效发挥低倍腐蚀液对单晶高温合金的显晶作用，避免上述问题发生，本发明提供一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、本发明一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，采用单晶高温合金空心叶片传统定向凝固制备工艺获得单晶空心叶片；步骤2，采用传统单晶高温合金低倍腐蚀工艺配方对单晶空心叶片进行腐蚀，腐蚀时间：2min～3min，腐蚀液初始温度：25℃～30℃；步骤3，采用传统线切割工艺对单晶空心叶片进行解剖，露出叶片内腔表面；步骤4，采用共聚焦激光扫描显微镜对叶片内腔表面典型部位进行面粗糙度定量分析，并通过量化计算公式给出低倍腐蚀液对单晶空心叶片内腔粗糙度影响的评估值。

5、所述解剖后的单晶空心叶片内腔表面露出的典型部位包含冲击孔、纵向隔肋、扰流肋、扰流柱、排气窗口等复杂细薄结构。

6、所述单晶高温合金低倍腐蚀液配方所包含的腐蚀试剂种类有盐酸(不低于35wt％)、硝酸(不低于65wt％)、六水合三氯化铁(不低于97wt％)、五水合硫酸铜(不低于96wt％)、过氧化氢(不低于30wt％)。

7、所述叶片内腔表面典型部位面粗糙度定量分析是指采用相同的共聚焦激光扫描显微镜检测参数和算法对叶片内腔表面各典型部位随机选取至少3个局部区域进行面粗糙度测量，再对各典型部位面粗糙度分别取平均值，然后计算出叶片内腔表面所有典型部位面粗糙度的加权平均值，其中加权因子为叶片各典型部位面粗糙度的应力集中系数。最后，叶片内腔表面所有典型部位面粗糙度的加权平均值即为低倍腐蚀液对单晶空心叶片内腔粗糙度影响的评估值。当采用不同种类单晶高温合金低倍腐蚀液时，使用上述方法获得的评估值越大代表低倍腐蚀液腐蚀能力越强。

8、单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力量化计算公式步骤如下：

9、某典型部位面粗糙度平均值按公式(1)计算:

10、

11、单晶叶片内腔表面所有典型部位面粗糙度的加权平均值按公式(2)计算:

12、

13、以上式中：

14、n——某典型部位随机选取的局部区域面粗糙度数量，n≥3；

15、sk——某典型部位任意局部区域面粗糙度；

16、——某典型部位面粗糙度平均值；

17、fx——某典型部位面粗糙度的应力集中系数；

18、ce——所有典型部位面粗糙度的加权平均值，即：低倍腐蚀液对单晶空心叶片内腔粗糙度影响的评估值。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、本发明通过共聚焦激光扫描显微镜对经过低倍腐蚀液腐蚀后的单晶空心叶片内腔典型结构进行粗糙度定量分析，并采用量化计算公式建立一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法；通过共聚焦激光扫描显微镜对经过低倍腐蚀液腐蚀后的单晶空心叶片内腔典型结构进行粗糙度定量分析，并采用量化计算公式建立一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，最终为有效发挥低倍腐蚀液对单晶高温合金的显晶作用，防止倍腐蚀液腐蚀能力过强或过弱导致叶片使役寿命下降或显晶失效提供支撑；本发明所采用的单晶高温合金空心叶片精密铸造技术和共聚焦激光扫描显微镜粗糙度检测技术较为普及，有利于本发明在行业内推广应用；本发明可以对不同单晶高温合金表面再结晶倾向进行精确定量评价。

技术特征：

1.一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，解剖后的单晶空心叶片内腔表面露出的典型部位包含冲击孔、纵向隔肋、扰流肋、扰流柱、排气窗口复杂细薄结构。

3.根据权利要求1所述的一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，单晶高温合金低倍腐蚀工艺用的腐蚀液配方所包含的腐蚀试剂种类选自盐酸、硝酸、六水合三氯化铁、五水合硫酸铜、过氧化氢中的多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，步骤4中叶片内腔表面典型部位进行面粗糙度定量分析是指采用相同的共聚焦激光扫描显微镜检测参数和算法对叶片内腔表面各典型部位随机选取至少3个局部区域进行面粗糙度测量；

5.根据权利要求4所述的一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法，所述

技术总结
本发明属于单晶高温合金空心叶片制备技术，涉及一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法。该方法包括如下步骤：采用单晶高温合金空心叶片制备工艺获得单晶空心叶片；采用单晶高温合金低倍腐蚀工艺对单晶空心叶片进行腐蚀。本发明通过共聚焦激光扫描显微镜对腐蚀后的单晶空心叶片内腔进行粗糙度定量分析，并采用量化计算公式建立一种评估单晶高温合金低倍腐蚀液腐蚀能力的方法。

技术研发人员：薛燕鹏,熊维春,陈升平,秦健朝
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16