专利名称：一种单晶铸造叶片表面塑性变形层化铣技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及叶片表面处理技术领域，具体涉及一种单晶铸造叶片表面塑性变形层化铣技术。
背景技术：
单晶铸造叶片制造技术是航空发动机研制中的关键技术之一。然而在单晶叶片铸造过程中如果产生塑性变形层，将直接导致叶片性能下降甚至失效。一旦铸造过程中形成了塑性变形层，将严重影响叶片的使用寿命，严重的甚至产生失效，因此去除单晶叶片铸造过程中表面的变形层是单晶铸造叶片制造中必须解决的技术难题。目前并没有关于这方面的专利和文献资料
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种单晶铸造叶片表面塑性变形层化铣技术，防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，使处理后的发动机叶片满足设计要求，提高了发动机单晶铸造叶片使用的可靠性。实现本发明目的的技术方案是按如下步骤进行
(1)对叶片进行表面处理根据铸造叶片表面污染情况，通常采用水洗方法去除叶片表面的多余污物，如有油溃采用常用的钢件化学除油处理方法；
(2)为防止空心叶片内腔腐蚀，采用涂蜡或涂漆的方式对叶片局部进行绝缘保护处
理；
(3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为30 40°C，化铣速度为2. O 4. 5 μ m/min,化铣深度30 100 μ m ;单位体积化铣液中的各组分组成为150 250ml/l硝酸，80 130ml/l盐酸，80 130ml/l氢氟酸，150 250g/l三氯化铁，40 60ml/l醋酸，O. 3 I. Og/Ι十二烷基硫酸钠，15 30g/l活性碳；
温度对化铣过程有重要影响，对腐蚀速率的影响最大，由于化铣过程是一个放热过程，随着温度的提高化铣反应速度急剧上升，所以当温度达到一定高度后，如果装载量又较大，瞬间就会使温度急剧上升，出现难以控制的局面。因此最后确定化铣最佳温度范围是30 40 0C ；
(4)化铣处理后通过水洗去除叶片表面的化铣液，然后去除绝缘保护层后再用流动水进行彻底清洗；
(5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度200 250°C，除氢时间180 195min ；
所述的步骤(2)中的涂蜡采用工作温度< 50°C的蜡，由石蜡、黄蜡和松香按任意配比组成；
所述的步骤(2)中的涂蜡步骤是，首先将蜡加热到60°C以上，待蜡完全熔化后，采用脱脂棉蘸蜡封堵叶片的小孔，然后再对叶片需要保护的部分进行涂蜡，最后去除多余的蜡；所述的步骤(2)中的涂漆采用AC-850漆；
所述的步骤(2)中的涂漆步骤是，首先采用胶袋或胶布封堵叶片的小孔，采用脱脂棉蘸漆封堵叶片中较大的孔，然后对叶片需要保护的部分进行涂漆，在室温下干燥后再进行第_■遍涂漆，最后去除多余的漆；
所述的步骤(3)中的化铣处理，每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l，化铣温度是影响化铣腐蚀速度的主要因素，而影响温度上升的主要原因就是每一次单位体积化铣液处理叶片的面积，由于化铣过程是一个放热过程，当单位容积化铣处理面积较小时，产生的大部分热量将会被化铣溶液自行对流、扩散消化掉，只能造成温度小幅上升甚至不上升，但是当每一次单位体积化铣液处理叶片的面积较大时，由于产生的热量难以通过化铣溶液消散，就会造成温度大幅上升，并随着化铣时间的延长聚集的热量会越来越多，从而造成温度急剧上升，严重的甚至造成化铣溶液沸腾，既影响化铣质量，又污染环境并伤害操作者，所以化铣处理面积越大温度的控制难度越大，最终确定每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2 dm2/l ;
所述的步骤(3)中的化铣处理，单位体积化铣液处理的叶片面积上限为2 3 dm2/l，在化铣过程中主要通过化铣腐蚀速率考核化铣溶液是否老化，确定当单位体积化铣液处理的叶片面积为2 3 dm2/l，化铣液报废。与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是
1.单晶铸造中的再结晶问题一直是制约单晶铸造叶片研制的关键问题之一，本技术通过特种化学铣削技术去除叶片表面的塑性变形层达到了防止叶片产生再结晶的目的，满足了设计要求，显著提高了发动机叶片使用的可靠性；
2.对采用本发明方法进行化铣处理后的叶片通过进行热处理，叶片表面没有再结晶产生，表明本发明方法达到了防止叶片产生再结晶的目的。而且化铣处理后的叶片表面均匀、没有缺陷以及选择性腐蚀现象产生。
图I为实施例I化铣深度30 μ m的叶片的横断面金相图片；
图2为实施例2化铣深度50 μ m的叶片的横断面金相图片；
图3为实施例3化铣深度60 μ m的叶片的横断面金相图片；
图4为实施例4化铣深度100 μ m的叶片的横断面金相图片；
图5为实施例I化铣处理后叶片表面形貌图。
具体实施例方式下面结合实施例和说明书附图对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例
使用XL-30FEG扫描电子显微镜及配套光谱对化铣处理后的叶片进行表面分析。实施例I :
(1)对叶片进行表面处理采用水洗去除叶片表面的多余物；
(2)将由石蜡、黄蜡和松香组成的蜡加热到70°C，待蜡完全熔化后，采用脱脂棉蘸蜡封堵叶片的小孔，然后再对叶片需要保护的部分进行涂蜡，最后去除多余的蜡；(3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为30°C，化铣速度为2. O μ m/min,化铣深度30 μ m,每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l，单位体积化铣液中的各组分组成为150ml/l硝酸，80ml/l盐酸，80ml/l氢氟酸，150g/l三氯化铁，40ml/l醋酸，O. 3g/l十二烷基硫酸钠，15g/l活性碳，当单位体积化铣液处理的叶片面积为2dm2/l,更换化统液；
(4)化铣处理后采用水洗去除化铣液，然后去除绝缘保护层后再用流动水进行彻底清
洗；
(5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度200°C，除氢时间ISOmin；
如图I所述，当化铣平均腐蚀深度为30 μ m时，腐蚀沟槽普遍为15 20 μ m ;
对叶片进行了荧光性能测试，检测部位包括叶片整个部位，测试精度为4级，检测结论 是叶片无缺陷显示；
如图4所示化铣后的叶片表面均呈现出“垄沟状”的形貌，这是单晶铸造材料化铣后的腐蚀特征，对“垄沟”的凸面和凹面进行高倍电镜观察，发现其组织特征完全一致，这表面化洗液并没有对基体产生选择性腐蚀；
在热处理后通过目视即可看出，化铣后的叶片没有塑性变形层显示，表面的塑性变形层已经被去除，达到了预期效果。实施例2
(1)对叶片进行表面处理采用丙酮去除叶片表面的污溃；
(2)首先采用胶袋封堵叶片的小孔，采用脱脂棉蘸漆封堵叶片中较大的孔，然后对叶片需要保护的部分进行涂漆，在室温下干燥后再进行第二遍涂漆，最后去除多余的漆，采用的漆为AC-850漆；
(3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为35°C，化铣速度为3. O μ m/min,化铣深度50 μ m,每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l，单位体积化铣液中的各组分组成为200ml/l硝酸，100ml/l盐酸，100ml/l氢氟酸，180g/l三氯化铁，40ml/l醋酸，O. 5g/l十二烷基硫酸钠，20g/l活性碳。当单位体积化铣液处理的叶片面积为3 dm2/1，更换化铣液；
(4)化铣处理后采用水洗去除化铣液，然后去除绝缘保护层后再用流动水进行彻底清
洗；
(5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度250°C，除氢时间195min；
如图2所述，当化铣平均腐蚀深度为50 μ m时，腐蚀沟槽普遍为20 25 μ m ;
在热处理后通过目视即可看出，化铣后的叶片没有塑性变形层显示，表面的塑性变形层已经被去除，达到了预期效果。实施例3
(1)对叶片进行表面处理采用水洗去除叶片表面的多余物；
(2)首先采用胶布封堵叶片的小孔，采用脱脂棉蘸漆封堵叶片中较大的孔，然后对叶片需要保护的部分进行涂漆，在室温下干燥后再进行第二遍涂漆，最后去除多余的漆，采用的漆为AC-850漆；
(3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为38°C，化铣速度为4. O μ m/min,化铣深度60 μ m,每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l，单位体积化铣液中的各组分组成为200ml/l硝酸，100ml/l盐酸，100ml/l氢氟酸，200g/l三氯化铁，50ml/l醋酸，O. 6g/l十二烷基硫酸钠，20g/l活性碳，当单位体积化铣液处理的叶片面积为2. 5dm2/l，更换化铣液；
(4)化铣处理后采用温水去除化铣液，然后去除绝缘保护层后再用流动水进行彻底清
洗；
(5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度230°C，除氢时间190min；
如图3所述，当化铣平均腐蚀深度为60 μ m时，腐蚀沟槽普遍为25 30 μ m ;
在热处理后通过目视即可看出，化铣后的叶片没有塑性变形层显示，表面的塑性变形层已经被去除，达到了预期效果。实施例4:
(1)对叶片进行表面处理采用水洗去除叶片表面的多余物；
(2)将由石蜡、黄蜡和松香组成的蜡加热到65°C，待蜡完全熔化后，采用脱脂棉蘸蜡封堵叶片的小孔，然后再对叶片需要保护的部分进行涂蜡，最后去除多余的蜡；
(3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为40°C，化铣速度为4. 5 μ m/min,化铣深度100 μ m,每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l，单位体积化铣液中的各组分组成为250ml/l硝酸，130ml/l盐酸，130ml/l氢氟酸，250g/l三氯化铁，60ml/l醋酸，I. Og/Ι十二烷基硫酸钠，30g/l活性碳，
(4)化铣处理后采用水洗去除化铣液，然后去除绝缘保护层后再用流动水进行彻底清
洗；
(5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度200°C，除氢时间ISOmin；
如图4所述，当化铣平均腐蚀深度为100 μ m时，腐蚀沟槽普遍为40 50 μ m ;
对叶片进行了荧光性能测试，检测部位包括叶片整个部位，测试精度为4级，检测结论
是叶片无缺陷显示；
在热处理后通过目视即可看出，化铣后的叶片没有塑性变形层显示，表面的塑性变形层已经被去除，达到了预期效果。
权利要求
1.一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，按以下工艺步骤进行 (1)对叶片进行表面处理采用温水去除叶片表面的污溃和油溃； (2)采用涂蜡或涂漆的方式对叶片局部进行绝缘保护处理； (3)对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为30 40°C，化铣速度为3. O 4. 5 μ m/min,化铣深度30 60 μ m,单位体积化铣液中的各组分组成为150 250ml/l硝酸，80 130ml/l盐酸，80 130ml/l氢氟酸，150 250g/l三氯化铁，40 60ml/l醋酸，O. 3 I. Og/Ι十二烷基硫酸钠，15 30g/l活性碳； (4)化铣处理后采用温水去除化铣液，然后去除绝缘保护层后再进行清洗； (5)最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理，除氢温度200 250°C，除氢时间180 195min。
2.根据权利要求I所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(2)中的涂蜡采用工作温度< 40°C，由石蜡、黄蜡和松香组成。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(2)中的涂蜡步骤是，首先将蜡加热到40°C以上，待蜡完全熔化后，采用脱脂棉蘸蜡封堵叶片的小孔，然后再对叶片需要保护的部分进行涂蜡，最后去除多余的腊。
4.根据权利要求I所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(2)中的涂漆采用AC-850漆。
5.根据权利要求I或权利要求2所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(2)中的涂漆步骤是，首先采用胶袋或胶布封堵叶片的小孔，采用脱脂棉蘸漆封堵叶片中较大的孔，然后对叶片需要保护的部分进行涂漆，在室温下干燥后再进行第二遍涂漆，最后去除多余的漆。
6.根据权利要求I所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(3)中的化铣处理，每一次单位体积化铣液处理叶片的面积为O. 2dm2/l。
7.根据权利要求I所述的一种防止单晶叶片再结晶的化铣工艺方法，其特征在于所述的步骤(3)中的化铣处理，单位体积化铣液处理的叶片面积上限为2 3 dm2/l。
全文摘要
本发明涉及叶片表面处理技术领域，具体涉及一种单晶铸造叶片表面塑性变形层化铣技术。首先对叶片进行表面处理，然后对叶片进行化铣处理采用化铣液对叶片进行化铣处理，化铣温度为30～40℃，化铣速度为3.0～4.5μm/min，化铣深度30～60μm，单位体积化铣液中的各组分组成为150～250ml/l硝酸，80～130ml/l盐酸，80～130ml/l氢氟酸，150～250g/l三氯化铁，40～60ml/l醋酸，0.3～1.0g/l十二烷基硫酸钠，15～30g/l活性碳；最后在除氢炉内对叶片进行除氢处理。使处理后的发动机叶片满足设计要求，提高了发动机单晶铸造叶片使用的可靠性。
文档编号C30B33/10GK102817034SQ201210304528
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者冮冶, 杨树林, 李晗晔, 杜景源, 刘志强 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司