CN105039983B - 航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺 - Google Patents
航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，包括以下步骤：(1)工件预清洗；(2)工件涂层保护处理；(3)工件热刻蚀；(4)硝酸腐蚀；(5)检验；(6)去除保护涂层；(7)清洗；(8)工件加热除氢。实现了全面、高效地去除发动机高压压气机毂工件表面氧化及残余银的目标。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺。
背景技术
民用航空发动机高压压气机毂（钛合金材料）与其他毂之间的连接螺栓的螺母采用镀银工艺，发动机在运行过程中，由于空气中的卤素元素与螺母上的镀银层发生反应形成卤化银而脱落，浸入钛合金盘中，由于钛合金对卤素非常敏感，在卤化银浸入后引起钛合金盘腐蚀，运行过程中，在较高温度下，由于应力的作用，进而发展成腐蚀裂纹，给发动机的正常运行造成致命隐患。
为了保障发动机的安全运行，在发动机大修时必须除掉附着在钛合金毂表面上残余地氧化物或残余的银，然后，才可以进行后续地荧光渗透检验、涡流检验、主检及一系列地修理等工序。国内目前没有除氧化及残留银技术，没有除氧化及残留银的能力，该件无法在公司内部完成清洗、检验，不得不把该件发动机高压压气机毂的除银工序外送国外进行，这样不仅影响我们的维修周期，同时，在运输过程中的不可预见性，往往耽误整个发动机维修周期，而且，也无法做到更深度地维修，这在质量上也无法得到充分保障。所以，必须研发建立除钛合金毂残余氧化或残余银的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，包括以下步骤：
(1) 工件预清洗：去除发动机高压压气机毂工件表面的油污，然后采用塑料吹砂法除掉工件榫槽的干膜润滑剂，以及内表面沉积的油污、积碳和灰尘，吹砂结束后，去除工件内残留的砂粒及灰尘；
(2) 工件涂层保护处理：在工件上的陶瓷涂层和硬涂层的区域涂覆保护涂层；
(3) 工件热刻蚀：工件浸入热刻蚀溶液中，溶液和工件内表面接触，热刻蚀结束后，用水冲洗，去除工件内腔中残留的溶液；
(4) 硝酸腐蚀：经过热刻蚀处理的工件，浸入硝酸溶液中，溶液和工件内表面接触，除去残留在工件内表面的氧化物及残留的银，腐蚀完成后清洗工件，去除工件中残留的硝酸溶液；
(5) 检验：对工件经过腐蚀的区域进行检查，确认工件是否还存在残留的银，若没有银残留，进入步骤(6)，若还有银残留，重复步骤(3)和(4)；
(6) 去除保护涂层：采用塑料吹砂法去除工件表面的保护涂层；
(7) 清洗：采用去离子水浸泡法对工件进行清洗；
(8) 工件加热除氢：将清洗后的工件置于烘箱中，加热除氢。
本发明所述步骤(1) 采用除油法去除工件的油污，包括除油、冷水冲洗、高压水喷洗、热浸、除去工件表面水份和干燥等环节。 具体地，将工件浸入除油溶液中浸泡清洗15-20分钟，除去工件表面的油污，取出工件后依次进行冷水冲洗和高压水喷洗，除去工件表面残留物，而后将工件浸入75-85ºC的热水中浸泡清洗10-20秒，取出后采用压缩空气吹去工件表面水分，然后干燥。所述干燥是将工件放入热空气循环烘箱中进行干燥，温度：125-135ºC，时间10-20分钟。
本发明所述步骤(1)和步骤(6)中的塑料吹砂法是采用吹砂设备除去工件榫槽内的干膜润滑剂及保护涂层，其中吹砂设备的喷嘴角度为70-90º，吹砂压力2.1-2.7Bar，喷砂砂子粒度20-40目。
进一步地，为了保证工件在吹砂过程中可360º圆周旋转，所述工件置于一个可旋转的支撑夹具上。所述支撑夹具包括底座、安装在底座上的两个小端支架和两个大端支架，所述小端支架和大端支架上均设有带轴承滚轮，所述小端支架和大端支架相对设置，它们之间的空间可放置发动机高压压气机毂，所述两个小端支架并排排列且相互挨着，发动机高压压气机毂的小端架在两个滚轮上，所述两个大端支架并排排列且之间具有间距，发动机高压压气机毂的大端支撑在两个滚轮之间，发动机高压压气机毂转动时带动滚轮转动，从而使发动机高压压气机毂能够实现360º圆周旋转。
本发明所述步骤(2)，在对工件表面涂刷保护涂层前，用丙酮清洗需涂覆保护涂层的区域，然后用涂料在所述区域涂覆至少3遍，每次间隔20-40分钟，涂覆完成后工件置于烘箱中干燥1.5-3小时，干燥温度70-80 ºC；干燥后，检查涂层区域是否存在气孔，若没有气孔进行步骤(3)，若存在气孔，重新涂覆涂料。作为本发明的一个实施例，所述涂料为TURCOFORM MASK 5580-G。
所述步骤(3)采用的热刻蚀溶液为图尔科4316(TURCO4316)，溶液浓度550-760g/L，溶液温度85-89 ºC，热刻蚀时间1-2小时，在此条件下，热刻蚀能有效去除毂内表面相应区域残留的卤化银，使之不再侵蚀毂。在本步骤中，完成刻蚀后采用冷水冲洗以及高压水喷洗除去工件内腔中的残留溶液。
所述步骤(4) 中，硝酸溶液浓度：300-500g/L；腐蚀温度：15-25ºC；腐蚀时间：30-60分钟；腐蚀完成后采用冷水漂洗及高压水冲洗除去工件中残留地硝酸溶液。
所述步骤(5)的检验采用目视检验法，即采用白光照射工件内表面的经腐蚀区域，目视检查确认是否有残留的银。
所述步骤(7)中采用的去离子水电导率为20-25。
所述步骤(8)的烘箱温度190-210 ºC，干燥时间1.5-2.5小时。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1) 本发明能全面、高效地去除发动机高压压气机毂工件表面氧化及残余银，弥补我国在这方面的空缺。
(2) 采用除油法和塑料吹砂法去除工件内表面的油污、积碳及灰尘，并去除工件榫槽的干膜润滑剂，使内表面得到彻底清洁，容易观察到工件内表面的氧化及残余银的情况。对陶瓷涂层和硬涂层区域进行涂层保护，让这些区域在热刻蚀和硝酸腐蚀处理中避免受到破坏。
(3) 本发明的热刻蚀作用是有效地去除了该毂内表面相应区域残留的卤化银，以使卤化银不再对毂进行侵蚀。
(4) 本发明所采用的硝酸腐蚀处理有效地去除了毂内表面的氧化层及残留银。
(5) 本发明不需要复杂地设备，操作简单，可实现批量生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明的工艺流程框图；
图2-1是本发明发动机高压压气机毂工件示意图；
图2-2是图2的A向视图；
图中，所示是7级和8级毂之间氧化物及残余银的位置，其中，a为7级毂，b为8级毂，c为保护层，d为需除残余银的位置；
图3是发动机高压压气机毂架在支撑夹具中的示意图；
图4是内表面去除氧化物及残余银前发动机高压压气机毂内表面状况；
图5是对内表面除氧化物及残余银后发动机高压压气机毂内表面状况。
具体实施方式
下面结合附图用实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1) 工件预清洗：采用除油法去除发动机高压压气机毂工件表面的油污，具体为：工件浸入除油溶液TURCO5948DPM中浸泡清洗15分钟，除去工件表面的油污等。先后对工件进行冷水冲洗和高压水喷洗，除去工件表面残留的溶液和残留物。然后将工件浸入85ºC的热水中浸泡清洗10秒。除去工件表面水分，采用压缩空气吹去工件表面多余水分，随后放入热空气循环烘箱中进行干燥，温度125ºC，时间20分钟。
将除油后的工件夹在支撑夹具中。如图3所示，支撑夹具由底座4、两个小端支架2和两个大端支架3构成。小端支架2和大端支架3上均设有带轴承滚轮5。小端支架2和大端支架3相对设置，它们之间的空间可以放置发动机高压压气机毂1。两个小端支架2并排排列且相互挨着，发动机高压压气机毂1的小端架在两个滚轮5上。两个大端支架3并排排列且之间间隔一定距离，发动机高压压气机毂1的大端支撑在两个滚轮5之间，发动机高压压气机毂1转动时带动滚轮5转动，从而使发动机高压压气机毂1能够实现360º圆周旋转。
夹好发动机高压压气机毂后，采用吹砂设备向工件榫槽内吹砂，且边吹砂边转动发动机高压压气机毂，吹砂设备的喷嘴角度为70º，吹砂压力2.7Bar，喷砂砂子粒度40目，除掉工件榫槽的干膜润滑剂，以及内表面沉积的油污、积碳和灰尘，吹砂结束后，去除工件内残留的砂粒及灰尘。
(2) 工件涂层保护处理：用丙酮清洗需涂覆保护涂层的区域，即陶瓷涂层和硬涂层的区域，然后用涂料TURCO FORM MASK 5580-G在这些区域涂覆3遍，每次间隔30分钟，涂覆完成后工件置于烘箱中干燥2小时，干燥温度80 ºC；干燥后，检查涂层区域是否存在气孔，若没有气孔，进行步骤(3)，若存在气孔，重新涂覆涂料并干燥。
(3) 工件热刻蚀：工件浸入热刻蚀溶液图尔科4316(TURCO4316)中，溶液浓度760g/L，溶液温度89 ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，热刻蚀1小时后，采用冷水冲洗以及高压水喷洗除去工件内腔中的残留溶液。
(4) 硝酸腐蚀：经过热刻蚀处理的工件，浸入硝酸溶液中，溶液浓度： 500g/L；腐蚀温度： 25ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，以除去残留在工件内表面的氧化物及残留的银，腐蚀60分钟后，取出工件，采用冷水漂洗及高压水冲洗除去工件中残留地硝酸溶液。腐蚀处理后的效果参见图4，如图所示，工件内表面的氧化层和残留银已被去除。
(5) 检验：采用白光照射工件内表面的经腐蚀区域，目视检查确认是否有残留的银，若没有银残留，进入步骤(6)，如果还有银残留，重复步骤(3)和(4)。
(6) 去除保护涂层：采用塑料吹砂法去除工件表面的保护涂层；塑料吹砂法条件与步骤(1)相同。
(7) 清洗：采用电导率为20的去离子水对工件进行浸泡清洗。
(8) 工件加热除氢：将清洗后的工件置于烘箱中，加热除氢。所述步骤(8)的烘箱温度190 ºC，干燥时间2.5小时。
实施例2
(1) 工件预清洗：采用除油法去除发动机高压压气机毂工件表面的油污，具体为：工件浸入除油溶液TURCO5948DPM中浸泡清洗18分钟，除去工件表面的油污等。而后先后对工件进行冷水冲洗和高压水喷洗，除去工件表面残留的溶液—和残留物。然后将工件浸入85ºC的热水中浸泡清洗15秒。除去工件表面水分，采用压缩空气吹去工件表面多余水分，而后放入热空气循环烘箱中进行干燥，温度：130ºC，时间15分钟。
将除油后的工件夹在支撑夹具中。夹好发动机高压压气机毂后，采用吹砂设备向工件榫槽内吹砂，且边吹砂边转动发动机高压压气机毂，吹砂设备的喷嘴角度为90º角度，吹砂压力2.1Bar，喷砂砂子粒度30目，除掉工件榫槽的干膜润滑剂，以及内表面沉积的油污、积碳和灰尘，吹砂结束后，去除工件内残留的砂粒及灰尘。
(2) 工件涂层保护处理：用丙酮清洗需涂覆保护涂层的区域：陶瓷涂层和硬涂层的区域，然后用涂料TURCO FORM MASK 5580-G在这些区域涂覆3遍，每次间隔20分钟，涂覆完成后工件置于烘箱中干燥1.5小时，干燥温度85 ºC；干燥后，检查涂层区域是否存在气孔，若没有气孔，进行步骤(3)，若存在气孔，重新涂覆涂料并干燥。
(3) 工件热刻蚀：工件浸入热刻蚀溶液图尔科4316(TURCO4316)中，溶液浓度660g/L，溶液温度85 ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，热刻蚀1.5小时后，采用冷水冲洗以及高压水喷洗除去工件内腔中的残留溶液。
(4) 硝酸腐蚀：经过热刻蚀处理的工件，浸入硝酸溶液中，溶液浓度：400g/L；腐蚀温度：20ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，以除去残留在工件内表面的氧化物及残留的银，腐蚀40分钟后，取出工件，采用冷水漂洗及高压水冲洗除去工件中残留地硝酸溶液。腐蚀处理后的效果参见图4，如图所示，工件内表面的氧化层和残留银已被去除。
(5) 检验：采用白光照射工件内表面的经腐蚀区域，目视检查确认是否有残留的银，若没有银残留，进入步骤(6)，如果还有银残留，重复步骤(3)和(4)。
(6) 去除保护涂层：采用塑料吹砂法去除工件表面的保护涂层；塑料吹砂法条件与步骤(1)相同。
(7) 清洗：采用电导率为20-25的去离子水对工件进行浸泡清洗。
(8) 工件加热除氢：将清洗后的工件置于烘箱中，加热除氢。所述步骤(8)的烘箱温度210 ºC，干燥时间1.5小时。
实施例3
(1) 工件预清洗：采用除油法去除发动机高压压气机毂工件表面的油污，具体为：工件浸入除油溶液TURCO5948DPM中浸泡清洗20分钟，除去工件表面的油污等。而后先后对工件进行冷水冲洗和高压水喷洗，除去工件表面残留的溶液—和残留物。然后将工件浸入75ºC的热水中浸泡清洗20秒。除去工件表面水分，采用压缩空气吹去工件表面多余水分，而后放入热空气循环烘箱中进行干燥，温度：135ºC，时间10分钟。
将除油后的工件夹在支撑夹具中，夹好发动机高压压气机毂后，采用吹砂设备向工件榫槽内吹砂，且边吹砂边转动发动机高压压气机毂，吹砂设备的喷嘴角度为80º角度，吹砂压力2.5Bar，喷砂砂子粒度20目，除掉工件榫槽的干膜润滑剂，以及内表面沉积的油污、积碳和灰尘，吹砂结束后，去除工件内残留的砂粒及灰尘。
(2) 工件涂层保护处理：用丙酮清洗需涂覆保护涂层的区域：陶瓷涂层和硬涂层的区域，然后用涂料TURCO FORM MASK 5580-G在这些区域涂覆3遍，每次间隔40分钟，涂覆完成后工件置于烘箱中干燥3小时，干燥温度70ºC；干燥后，检查涂层区域是否存在气孔，若没有气孔，进行步骤(3)，若存在气孔，重新涂覆涂料并干燥。
(3) 工件热刻蚀：工件浸入热刻蚀溶液图尔科4316(TURCO4316)中，溶液浓度550g/L，溶液温度87 ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，热刻蚀2小时后，采用冷水冲洗以及高压水喷洗除去工件内腔中的残留溶液。
(4) 硝酸腐蚀：经过热刻蚀处理的工件，浸入硝酸溶液中，溶液浓度：300g/L；腐蚀温度： 15ºC，并排出工件内腔中的空气，使溶液和工件内表面充分接触，以除去残留在工件内表面的氧化物及残留的银，腐蚀45分钟后，取出工件，采用冷水漂洗及高压水冲洗除去工件中残留地硝酸溶液。腐蚀处理后的效果参见图4，如图所示，工件内表面的氧化层和残留银已被去除。
(5) 检验：采用白光照射工件内表面的经腐蚀区域，目视检查确认是否有残留的银，若没有银残留，进入步骤(6)，如果还有银残留，重复步骤(3)和(4)。
(6) 去除保护涂层：采用塑料吹砂法去除工件表面的保护涂层；塑料吹砂法条件与步骤(1)相同。
(7) 清洗：采用电导率为25的去离子水对工件进行浸泡清洗。
(8) 工件加热除氢：将清洗后的工件置于烘箱中，加热除氢。所述步骤(8)的烘箱温度200 ºC，干燥时间2小时。
Claims (10)
1.航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 工件预清洗：采用除油溶液TURCO5948DPM去除发动机高压压气机毂工件表面的油污，然后采用塑料吹砂法除掉工件榫槽的干膜润滑剂，以及内表面沉积的油污、积碳和灰尘，吹砂结束后，去除工件内残留的砂粒及灰尘；
(2) 工件涂层保护处理：在工件上的陶瓷涂层和硬涂层的区域用涂料TURCO FORMMASK 5580-G涂覆保护涂层；
(3) 工件热刻蚀：工件浸入热刻蚀溶液图尔科4316中，溶液和工件内表面接触，热刻蚀结束后，用水冲洗，去除工件内腔中残留的溶液；
(4) 硝酸腐蚀：经过热刻蚀处理的工件，浸入硝酸溶液中，溶液和工件内表面接触，除去残留在工件内表面的氧化物及残留的银，腐蚀完成后清洗工件，去除工件中残留的硝酸溶液；
(5) 检验：对工件经过腐蚀的区域进行检查，确认工件是否还存在残留的银，若没有银残留，进入步骤(6)，若还有银残留，重复步骤(3)和(4)；
(6) 去除保护涂层：采用塑料吹砂法去除工件表面的保护涂层；
(7) 清洗：采用去离子水浸泡法对工件进行清洗；
(8) 工件加热除氢：将清洗后的工件置于烘箱中，加热除氢。
2.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(1) 采用除油法去除工件的油污，具体操作为：将工件浸入除油溶液中浸泡清洗15-20分钟，除去工件表面的油污，取出工件后依次进行冷水冲洗和高压水喷洗，除去工件表面残留物，而后将工件浸入75-85ºC的热水中浸泡清洗10-20秒，取出后采用压缩空气吹去工件表面水分，然后干燥。
3.根据权利要求2所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述干燥采用热空气循环烘箱，温度125-135ºC，时间10-20分钟。
4.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(6)中的塑料吹砂法是采用吹砂设备向工件榫槽内吹砂，其中吹砂设备的喷嘴角度为70-90º，吹砂压力2.1-2.7Bar，喷砂砂子粒度20-40目。
5.根据权利要求1或4所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(6)中工件置于一个可旋转的支持夹具上，所述支撑夹具包括底座、安装在底座上的两个小端支架和两个大端支架，所述小端支架和大端支架上均设有带轴承滚轮，所述小端支架和大端支架相对设置，它们之间的空间可放置发动机高压压气机毂，所述两个小端支架并排排列且相互挨着，发动机高压压气机毂的小端架在两个滚轮上，所述两个大端支架并排排列且之间具有间距，发动机高压压气机毂的大端支撑在两个滚轮之间，发动机高压压气机毂转动时带动滚轮转动，从而使发动机高压压气机毂能够实现360º圆周旋转。
6.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(2)，在对工件表面涂刷保护涂层前，用丙酮清洗需涂覆保护涂层的区域，然后用涂料在所述区域涂覆至少3遍，每次间隔20-40分钟，涂覆完成后工件置于烘箱中干燥1.5-3小时，干燥温度70-80 ºC；干燥后，检查涂层区域是否存在气孔，若没有气孔，进行步骤(3)，若存在气孔，重新涂覆涂料。
7.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(3)采用的热刻蚀溶液为图尔科4316，溶液浓度550-760g/L，溶液温度85-89 ºC，热刻蚀时间1-2小时，在此条件下，热刻蚀能有效去除毂内表面相应区域残留的卤化银，使之不再侵蚀毂；完成刻蚀后采用冷水冲洗以及高压水喷洗除去工件内腔中的残留溶液。
8.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(4) 中，硝酸溶液浓度300-500g/L；腐蚀温度15-25ºC；腐蚀时间30-60分钟；腐蚀完成后采用冷水漂洗及高压水冲洗除去工件中残留地硝酸溶液。
9.根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(5)的检验采用目视检验法，即采用白光照射工件内表面的经腐蚀区域，目视检查确认是否有残留的银。
10. 根据权利要求1所述航空发动机钛合金毂表面氧化及残余银的去除工艺，其特征在于，所述步骤(7)中采用的去离子水电导率为20-25；所述步骤(8)的烘箱温度190-210 ºC，干燥时间1.5-2.5小时。
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