CN104451682A - 一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法 - Google Patents
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Abstract
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，按体积比(91～100):(40～44):(20～25)将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将电火花制孔后的叶片放入腐蚀液中，在超声波下腐蚀20-40min将重熔层去除。本发明采用化学腐蚀法，简便易行，并且去除效果较好，效率高，在DD6单晶涡轮叶片制造过程中经腐蚀检验表面再结晶的工序证明本发明的化学腐蚀不影响叶片的表面，是一种可行的方法。
Description
技术领域
本发明属于单晶涡轮叶片的气膜孔的制备技术领域，具体涉及一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法。
背景技术
在航空工业中，发动机工作效率的不断改进与提高发动机的温度容量同步进行。发动机每升高5℃，可增加发动机功率1.3％和热效率0.4％。这就要求发动机叶片材料有更高的承温能力。与铸造和定向凝固合金比较，单晶合金具有更高的抗热疲劳、机械疲劳、抗氧化及抗蠕变性能，可显著提高合金的承温能力，现已成为航空发动机叶片部件的最佳使用材料。另一方面，航空发动机气膜孔冷却技术的应用，是极为有效的一种技术方法，能强化内外气流对流换热，并在零件表面形成冷气膜，起到阻隔高温燃气直接作用于零件表面，资料表明，气膜孔冷却技术可有效降低零件温度400℃，显著提高发动机效率。因此，单晶涡轮叶片的气膜孔将广泛应用于各新型发动机中。
现阶段，涡轮叶片的气膜孔制备大多采用高效率的电火花制备方法，与其它电化学等方法一样，孔内壁均会产生重熔层，但工艺要求，涡轮叶片的气膜孔应无重熔层。
去除重熔层的方法分为热处理方法、磨粒流方法。对于DD6单晶涡轮叶片由于表面再结晶影响，工艺过程中将热处理放在了前面，因此热处理方法不可行。磨粒流方法需要大型设备，效率较低；同时砂粒残留对叶片空腔有影响，该方法也不可行。
发明内容
本发明的目的是提供一种合理且有效的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，该方法能获得理想的去除效果，对于单晶涡轮叶片的使用提供有效的技术保障。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，按体积比(91～100):(40～44):(20～25)将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将电火花制孔后的叶片放入腐蚀液中，在超声波下腐蚀20-40min将重熔层去除。
按体积比100:44:25将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液。
按体积比91:43:22将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液。
所述盐酸为工业级。
所述盐酸的质量浓度为36％。
所述双氧水的质量浓度为30％。
所述超声波的功率为2400W。
所述电火花制孔后的叶片为DD6单晶叶片。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：由于DD6单晶叶片的叶身上进行电火花打气膜孔，该特种工艺会使部分金属熔融后沿其表面凝固下来，在孔的内壁有不同程度的重熔层，重熔层为铸态组织，其主要成分与基体没有发生改变，但与基体的结合力较差。本发明按91～100:40～44:20～25的体积比将盐酸:水:双氧水混合得到腐蚀液，将经电火花制孔后的DD6单晶叶片在腐蚀液中进行腐蚀，由于DD6单晶叶片的组织为γ+γ′两相，DD6单晶叶片在本发明的腐蚀液中主要是一个电化学腐蚀过程，具有较高负电位的γ′相成为微电池的阳极，并被迅速溶入电解液(即本发明的腐蚀剂)中；另一γ相成为阴极，由于本发明的腐蚀液为酸性溶液，并且腐蚀液中加有双氧水，使得阴极反应为析氢腐蚀和吸氧腐蚀的复杂过程，从而加快了腐蚀速度，从微观上看电化学腐蚀为两个相互独立并可同时进行的过程。
本发明中被腐蚀的金属表面上存在着空间和时间上分开的阳极区和阴极区，即各个瞬间的腐蚀在不同的点上进行；由于本发明中将整个叶片放入腐蚀液中，所以在整个金属表面上的腐蚀是均匀分布的。由于本发明的腐蚀液中含有盐酸，其中的Cl－离子可使钝化的金属重新活化，所以不存在金属表面的氧化膜或钝化膜，另一方面DD6合金的γ′相在γ基体上弥散分布，微观的阳极和阴极区的反应体现在宏观上为表面均匀腐蚀。
另外，将整个叶片浸在腐蚀液中时，由于DD6单晶叶片的气膜孔直径一般在0.35mm左右，所以有小孔腐蚀(或缝隙腐蚀)现象，再加上孔内外氧的浓度差，缺氧区域(孔内)电位较低，成为阳极，氧易达到的区域(孔外)电位较高，成为阴极，从而加速了孔内金属表面的溶解，而孔外表面得到阴极保护，同时由于阳极溶解下来的金属离子的水解，使孔内溶液中H+的浓度增高，进一步促进孔内壁金属的溶解，因此在腐蚀过程中其孔内的腐蚀速率大大高于叶片基体表面的腐蚀速率。
在腐蚀过程中，通过超声的微振作用，既能使孔内壁结合力较差的重熔层被快速腐蚀，又能使得具有一定程度断续结构的重熔层脱落。
本发明由于采用化学腐蚀法，相比于现有技术中的热处理方法和磨粒流方法，简便易行，并且去除效果较好，效率高，通过在DD6单晶涡轮叶片制造过程中的腐蚀检验表面再结晶的工序证明本发明的化学腐蚀不影响叶片的表面，是一种可行的方法。
附图说明
图1是在腐蚀液(盐酸：水：双氧水＝100:44:25，体积比)中，超声振动30min后去除重熔层的效果图；图1(a)为腐蚀前扫描电镜图，图1(b)为腐蚀后扫描电镜图，图1(c)为腐蚀后宏观图。
具体实施方式
下面针对DD6单晶涡轮叶片用材料电火花制孔后重熔层的去除，结合附图和实施例来详述本发明。本发明中的盐酸为质量浓度为36％的工业级盐酸，双氧水的质量浓度为30％。
实施例1
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法的具体过程是：按体积比100:44:25将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将DD6单晶叶片经过电火花制孔后放入装有腐蚀液的容器中，再一并放在功率为2400W的超声波中振动，振动时间为30min。之后，在金相显微镜下观察，单晶叶片上气膜孔内的重熔层完全去除，效果很明显，清除效果见图1，图1(a)为腐蚀前扫描电镜图，图1(b)为腐蚀后扫描电镜图，图1(c)为腐蚀后宏观图，从图上可以看出重熔层已完全去除。
实施例2
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法的具体过程是：按体积比91:43:22将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将DD6单晶叶片经过电火花制孔后放入装有腐蚀液的容器中，再一并放在功率为2400W的超声波中振动，振动时间为20min。之后，在金相显微镜下观察，单晶叶片上气膜孔内的重熔层完全去除。
实施例3
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法的具体过程是：按体积比93:41:20将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将DD6单晶叶片经过电火花制孔后放入装有腐蚀液的容器中，再一并放在功率为2400W的超声波中振动，振动时间为40min。之后，在金相显微镜下观察，单晶叶片上气膜孔内的重熔层完全去除。
实施例4
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法的具体过程是：按体积比95:40:25将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将DD6单晶叶片经过电火花制孔后放入装有腐蚀液的容器中，再一并放在功率为2400W的超声波中振动，振动时间为35min。之后，在金相显微镜下观察，单晶叶片上气膜孔内的重熔层完全去除。
实施例5
一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法的具体过程是：按体积比98:42:24将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将DD6单晶叶片经过电火花制孔后放入装有腐蚀液的容器中，再一并放在功率为2400W的超声波中振动，振动时间为25min。之后，在金相显微镜下观察，单晶叶片上气膜孔内的重熔层完全去除。
本发明的优点：简便易行，效果较好，效率也高，应是一种可行的方法。在单晶叶片制造过程中有腐蚀检验表面再结晶的工序，去除重熔层的化学试剂浓度明显较低，应不影响叶片的表面，说明该化学腐蚀方法可行。
Claims (8)
1.一种单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，按体积比(91～100):(40～44):(20～25)将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液，将电火花制孔后的叶片放入腐蚀液中，在超声波下腐蚀20-40min将重熔层去除。
2.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，按体积比100:44:25将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液。
3.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，按体积比91:43:22将盐酸、水、双氧水混合，得到腐蚀液。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，所述盐酸为工业级。
5.根据权利要求4所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为36％。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，所述双氧水的质量浓度为30％。
7.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，所述超声波的功率为2400W。
8.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片电火花制孔的重熔层去除方法，其特征在于，所述电火花制孔后的叶片为DD6单晶叶片。
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