高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高溫合金熱端部件修復(fù)領(lǐng)域，具體為一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，（1）去除高溫合金熱端部件缺陷表面的氧化層等，使缺陷處呈現(xiàn)金屬光澤；（2）采用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，并塑化成型，隨后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)；（3）將經(jīng)B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置于填充金屬上方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲實(shí)現(xiàn)致密化；（4）打磨清理；（5）將高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理。本發(fā)明可以解決高Al+Ti高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復(fù)強(qiáng)度低而報(bào)廢問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度連接，修復(fù)合格率高，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、電力燃機(jī)和艦艇燃機(jī)的熱端部件經(jīng)服役使用過(guò)程所引起的裂紋、燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷。
【專利說(shuō)明】高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法【技術(shù)領(lǐng)域】:[0001]本發(fā)明涉及高溫合金熱端部件修復(fù)領(lǐng)域，具體為一種高溫合金熱端部件大間隙缺 陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法。【背景技術(shù)】:[0002]航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及噴咀等熱端部件在長(zhǎng)期服役 過(guò)程中易引起裂紋、燒蝕洞、腐蝕坑及磨損等大間隙缺陷。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī) 輸出功率的增大，熱端部件的這種磨損、腐蝕及燒蝕損傷失效愈嚴(yán)重。[0003]航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件通常采用高溫力學(xué)性能和高溫抗氧化、抗腐 蝕性能優(yōu)異的鎳基、鈷基合金制造，并采用復(fù)雜型面及冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這些部件長(zhǎng)期工作在 高溫高壓及冷熱循環(huán)等惡劣的環(huán)境中，易導(dǎo)致這些高溫合金熱端部件在使用過(guò)程中產(chǎn)生、 燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷，由于新件制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，若采用更換新件處 理，則會(huì)大幅提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)維修運(yùn)行成本。另外，由于高溫合金熱端部件 大多由Al、Ti含量很高的鎳基高溫合金制造，具有很高的裂紋敏感性，當(dāng)采用熔焊修復(fù)時(shí)， 易在焊接及焊后熱處理過(guò)程中形成裂紋，這就極大的限制了高溫合金熱端部件的修復(fù)與再 制造。[0004]由于缺乏適合的修復(fù)方法，目前許多高溫合金熱端部件的裂紋、燒蝕、磨損等缺陷 一旦超過(guò)允許使用標(biāo)準(zhǔn)就只能報(bào)廢處理。因此對(duì)受損高溫合金熱端部件進(jìn)行修復(fù)具有非常 高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
:[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方 法,解決高Al、Ti含量的鎳基、鈷基與鐵基高溫合金熱端部件裂紋、燒蝕洞、腐蝕坑及磨損 等大間隙缺陷難修復(fù)、強(qiáng)度低，不能及時(shí)可靠修復(fù)等問(wèn)題。[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:[0007]—種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，具體步驟如下:[0008](I)潔凈化處理[0009]采用機(jī)械法或化學(xué)法去除缺陷附近的衰變組織；[0010](2)多孔骨架制備[0011]采用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，并塑化成型，隨后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成多孔 骨架結(jié)構(gòu)；[0012](3)致密化處理[0013]將經(jīng)B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置于多孔骨架的上方或下方，進(jìn)行高溫 瞬態(tài)液相熔滲致密化處理，實(shí)現(xiàn)缺陷的空間性連結(jié)；[0014](4)打磨清理；[0015](5)均勻化處理[0016]將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理。
[0017]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，步驟(1)中，潔凈化處理時(shí)，采用機(jī)械法或化學(xué)法徹底去除缺陷附近的衰變組織，使缺陷附近呈現(xiàn)金屬光澤。
[0018]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，步驟(2)中，制備多孔骨架時(shí)，先制備填充大間隙缺陷空間的材料，隨后將此材料填充到大間隙缺陷空間中， 并保持已塑化成的形狀，填充材料為合金粉末:葉片基體合金粉末或其它鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過(guò)向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用，塑化劑的加入量占合金粉末重量的5~20*%。
[0019]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，步驟(3)中，將經(jīng) B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末，再經(jīng)塑化處理后置于多孔骨架的上方或下方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲致密化處理；致密化處理所采用B、Zr或Hf活化處理的粉末材料；其中， 硼活化方法為硼粉、硼化物與合金粉末按重量比例為1:9~1:15,通過(guò)機(jī)械球磨處理活化
0.5~I小時(shí)；錯(cuò)或鉿活化方法為錯(cuò)粉或鉿粉與合金粉末按重量比例為1:9~1:15進(jìn)行機(jī)械球磨處理0.5~I小時(shí),錯(cuò)粉或鉿粉粉末粒度為300目；活化處理后的合金粉末的塑化成型是通過(guò)向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入量占合金粉末重量的5~20%。
[0020]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，步驟(2)和步驟
(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結(jié)多孔骨架結(jié)構(gòu)，瞬態(tài)液相熔滲致密化并與葉片基體形成一體，加熱燒結(jié)多孔骨架結(jié)構(gòu)及瞬態(tài)液相熔滲致密化是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，由脫塑化劑一多孔化燒結(jié)一熔滲致密化一爐冷四個(gè)階段所構(gòu)成，控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
[0021]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，脫塑化劑溫度為 100~400°C，時(shí)間為0.5~I小時(shí)；多孔化燒結(jié)溫度為1000~1200°C，時(shí)間為0.5~2小時(shí)；滲透致密化溫度為1000~1250°C，時(shí)間為0.5~2小時(shí)；經(jīng)過(guò)熔滲致密化后，致密度大于98%，強(qiáng)度為葉片基體合金的90%以上。
[0022]所述的高溫合金熱端 部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，步驟(5)是將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理；均勻化處理是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，均勻化處理溫度為1120~1210°C，時(shí)間為 8~16小時(shí)；控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
[0023]所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長(zhǎng)> 1.0mm ;裂紋寬度0.5mm~4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑，尺寸大小為①Imm~C^Omm ;磨損大間隙缺陷,尺寸0.5mm~2mm。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025]1、采用本發(fā)明高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，可以實(shí)現(xiàn)服役損傷失效的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件之幾何結(jié)構(gòu)修復(fù)和顯微組織的調(diào)整。
[0026]2、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高Al、Ti含量鎳基高溫合金熱端部件大間隙缺陷的近等強(qiáng)度修復(fù)連接，可延長(zhǎng)高溫合金熱端部件的使用壽命。
[0027]3、本發(fā)明在鎳基高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復(fù)過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)高溫合金熱端部件的整體加熱，有效降低部件的明顯變形。
[0028]4、本發(fā)明可瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)工藝與合金恢復(fù)熱處理工序合二為一，恢復(fù)高溫合金熱端部件的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用性能，可大幅節(jié)約運(yùn)行成本。[0029]5、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，修復(fù)效率高，利于批量生產(chǎn)。[0030]6、本發(fā)明可以解決高Al+Ti高溫合金熱端部件大間隙缺陷修復(fù)強(qiáng)度低而報(bào)廢問(wèn) 題，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度連接，修復(fù)過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，可實(shí)現(xiàn)大批量同時(shí)處理，修復(fù)合格率高。[0031]7、本發(fā)明適用于諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、電力燃機(jī)和艦艇燃機(jī)的熱端部件經(jīng)服役使用過(guò) 程所引起的裂紋、燒蝕洞與腐蝕坑等大間隙缺陷?！揪唧w實(shí)施方式】:[0032]本發(fā)明高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，具體步驟如下:[0033]( I)采用機(jī)械法或化學(xué)法去除缺陷附近的氧化層等衰變組織；(2)鎳基或鈷基合 金粉末填充缺陷空間，并塑化成型，隨后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成多孔骨架結(jié)構(gòu)；(3)將經(jīng)B、Zr或Hf 活化處理的鎳基合金粉末經(jīng)塑化處理后置于多孔骨架上方或下方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲 實(shí)現(xiàn)致密化處理，實(shí)現(xiàn)缺陷的空間性連結(jié)；(4)打磨清理；(5)將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的 高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理。[0034]其中，步驟(I)是潔凈化處理時(shí)，可采用機(jī)械法或化學(xué)法徹底去除缺陷附近的氧 化層、硫化物等衰變組織。[0035]其中，步驟(2)是填充大間隙缺陷空間的材料制備和隨后將此材料填充到大間隙 缺陷空間中，并保持已塑化成的形狀，填充材料可以是合金粉末:葉片基體合金粉末或其它 鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過(guò)向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用， 塑化劑的加入量占合金粉末重量的5?20%。[0036]其中，步驟(3)中將經(jīng)B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末經(jīng)塑化處理后置于多 孔骨架上方或下方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲實(shí)現(xiàn)致密化處理。致密化處理所采用的B、Zr或 Hf活化處理的粉末材料，硼活化方法為硼粉、硼化物與合金粉末按重量比例為1:9?1:15， 經(jīng)機(jī)械球磨處理活化0.5?I小時(shí)；硼活化方法為硼化物、硼酸或硼酸鹽與合金粉末通過(guò)機(jī) 械球磨活化；錯(cuò)或鉿活化方法為錯(cuò)粉或鉿粉(粉末粒度為300目)與合金粉末按重量比例 為1:9?1:15進(jìn)行機(jī)械球磨處理活化0.5?I小時(shí)?；罨幚磉^(guò)的合金粉末的塑化成型 是通過(guò)向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入量占合金粉末重量的5?20%。[0037]本發(fā)明中，塑化劑為起到塑化和成型作用的常規(guī)塑化劑，如:商用水基粘結(jié)劑 (Water binder-1),該塑化劑由泰州市艾瑞克新型材料有限公司提供。[0038]其中，步驟(2)和步驟(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結(jié) 多孔骨架結(jié)構(gòu)，瞬態(tài)液相熔滲致密化并與葉片基體形成一體，加熱燒結(jié)多孔骨架結(jié)構(gòu)及瞬 態(tài)液相熔滲致密化是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，由脫塑化劑 —多孔化燒結(jié)一熔滲致密化一爐冷四個(gè)階段所構(gòu)成，實(shí)時(shí)控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精 度為±10°C。[0039]其中，步驟(5)是將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均 勻化處理。均勻化處理是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，均勻化 處理溫度為1120?1210°C，時(shí)間為8?16小時(shí)；實(shí)時(shí)控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精度為 + IO0C0[0040]其中，脫塑化劑溫度為100?400°C，時(shí)間為0.5?I小時(shí)；多孔化燒結(jié)溫度為1000~1200°C，時(shí)間為0.5~2小時(shí)；滲透致密化溫度為1000~1250°C，時(shí)間為0.5~2 小時(shí)；經(jīng)過(guò)熔滲致密化后，致密度大于98%，強(qiáng)度為葉片基體合金的90%以上。
[0041]其中，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長(zhǎng)> 1.0mm;裂紋寬度
0.5mm~4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑，尺寸大小為Olmm~O20mm ;磨損大間隙缺陷，尺寸0.5mm~2_。
[0042]本發(fā)明中，大間隙缺陷填充鎳基合金材料，其成分如下(wt.% ):
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，具體步驟如下:(1)潔凈化處理采用機(jī)械法或化學(xué)法去除缺陷附近的衰變組織；(2)多孔骨架制備采用鎳基或鈷基合金粉末填充缺陷空間，并塑化成型，隨后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成多孔骨架結(jié)構(gòu)；(3)致密化處理將經(jīng)B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末置于多孔骨架的上方或下方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲致密化處理，實(shí)現(xiàn)缺陷的空間性連結(jié)；(4)打磨清理；(5)均勻化處理將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，步驟(1)中，潔凈化處理時(shí)，采用機(jī)械法或化學(xué)法徹底去除缺陷附近的衰變組織， 使缺陷附近呈現(xiàn)金屬光澤。
3.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，步驟(2)中，制備多孔骨架時(shí)，先制備填充大間隙缺陷空間的材料，隨后將此材料填充到大間隙缺陷空間中，并保持已塑化成的形狀，填充材料為合金粉末:葉片基體合金粉末或其它鎳基、鈷基或鐵基高溫合金粉末，通過(guò)向粉末中添加塑化劑使合金粉末具有可塑化的作用，塑化劑的加入量占合金粉末重量的5~20%。
4.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，步驟(3)中，將經(jīng)B、Zr或Hf活化處理的鎳基合金粉末，再經(jīng)塑化處理后置于多孔骨架的上方或下方，進(jìn)行高溫瞬態(tài)液相熔滲致密化處理；致密化處理所采用B、Zr或Hf活化處理的粉末材料；其中，硼活化方法為硼粉或硼化物與合金粉末按重量比例為1:9~1:15， 通過(guò)機(jī)械球磨處理活化0.5~I小時(shí)；錯(cuò)或鉿活化方法為錯(cuò)粉或鉿粉與合金粉末按重量比例為1:9~1:15進(jìn)行機(jī)械球磨處理0.5~I小時(shí)，鋯粉或鉿粉粉末粒度為300目；活化處理后的合金粉末的塑化成型是通過(guò)向粉末中添加塑化劑，塑化劑的加入 量占合金粉末重量的5~20%。
5.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，步驟(2)和步驟(3)是高溫合金熱端部件大間隙缺陷空間填充材料的燒結(jié)多孔骨架結(jié)構(gòu)，瞬態(tài)液相熔滲致密化并與葉片基體形成一體，加熱燒結(jié)多孔骨架結(jié)構(gòu)及瞬態(tài)液相熔滲致密化是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，由脫塑化劑一多孔化燒結(jié)一熔滲致密化一爐冷四個(gè)階段所構(gòu)成，控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
6.按照權(quán)利要求5所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，脫塑化劑溫度為100~400°C，時(shí)間為0.5~I小時(shí)；多孔化燒結(jié)溫度為1000~ 1200°C，時(shí)間為0.5~2小時(shí)；滲透致密化溫度為1000~1250°C，時(shí)間為0.5~2小時(shí)；經(jīng)過(guò)熔滲致密化后，致密度大于98 %，強(qiáng)度為葉片基體合金的90 %以上。
7.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，步驟(5)是將經(jīng)瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)后的高溫合金熱端部件在高溫下進(jìn)行均勻化處理；均勻化處理是采用真空爐或惰性氣體保護(hù)下的熱處理爐升溫加熱過(guò)程，均勻化處理溫度為1120~1210°C，時(shí)間為8~16小時(shí)；控溫采用鉬-銠熱電偶，控溫精度為±10°C。
8.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金熱端部件大間隙缺陷瞬態(tài)液相熔滲修復(fù)方法，其特征在于，熱端部件大間隙缺陷為穿透葉片壁厚的裂紋，裂紋長(zhǎng)> 1.0mm ;裂紋寬度0.5mm~ 4mm ;熱端部件大隙缺陷為燒蝕洞或腐蝕坑,尺寸大小為Olmm~C>20mm ;磨損大間隙缺陷， 尺寸0.5mm~2mmo
【文檔編號(hào)】B23P6/00GK103551794SQ201310497017
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】謝玉江, 楊彥紅, 王明生, 韓旭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所