CN105951161A

CN105951161A - 一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法

Info

Publication number: CN105951161A
Application number: CN201610271653.2A
Authority: CN
Inventors: 谢宏伟; 王锦霞; 黄海涛
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: CN105951161B

Abstract

本发明涉及航空涡轮发动机叶片等热端部件耐高温氧化物涂层去除技术领域，具体涉及无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，按以下步骤进行：（1）将金属构件与金属镍丝连接制成阴极，石墨棒与不锈钢丝连接制成阳极；将纯盐或混合盐烘干除水添入坩埚并置于反应器中；阴极和阳极悬吊在盐表面，封闭反应器，从进气口持续通入氩气，出气口排出；（2）将盐加热熔化，插入阴极、阳极，电极间距15±5mm，低电压恒电位一段时间，提出阴极在反应器上方冷却；插入另一构件继续处理；（3）将冷却的阴极构件在水中超声波清洗、吹干、封装。采用本发明的方法可将氧化物热障涂层从结构复杂的构件上低成本，对环境友好、不损伤金属基体地去除，操作简单。

Description

一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法

技术领域

本发明涉及航空高温热气流条件下工作的涡轮发动机叶片、燃烧室、隔热屏等热端部件的耐高温氧化物涂层去除技术领域，具体涉及无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBCs)又称隔热涂层，是指由耐高温、隔热性好的陶瓷层和金属粘结层组成的金属陶瓷复合涂层系统，主要在航空领域应用于为高温热气流条件下工作的涡轮发动机叶片、燃烧室、隔热屏等热端部件提供隔热保护。热障涂层将基体与高温燃气隔离开来，使金属或合金基体免受高温氧化、燃气腐蚀和冲蚀。对热障涂层的要求是具有良好的隔热、致密、耐高温、耐氧化腐蚀、力学和化学稳定、抗热振性好。如果热障涂层出现裂纹或局部破损，就会使金属基体暴露在高温、腐蚀等恶劣环境中，导致金属基体被腐蚀，乃至构件失效引起重大事故。实际上，上述构件涂层制备生产过程中，因各种原因常常会导致热障涂层出现裂纹或局部破损的情况。这种涂有不完美热障涂层的构件生产上通常作为“废品”弃之不用，造成了巨大浪费，同时也提高了生产成本。技术人员希望将涂层去除重新制备，以达到减少浪费，降低成本的目的。但由于目前研究人员普遍集中精力在涂层制作技术研究上，将热障涂层从金属基体上去除技术的研发却被忽略。

热障涂层材料主要是耐高温氧化物或复合氧化物材料，要通过特殊的技术才能使其与金属基体完好结合。这些耐高温的氧化物或复合氧化物的组分均会与氧化钙反应形成复合氧化物。本发明利用外加电场为金属阴极表面提供高能电子吸引钙离子穿透过热障涂层在阴极表面形成具有高活性的钙离子，同时活化氧化物涂层，使高活度的钙离子在金属基体表面与热障涂层材料反应形成新相，新相与金属基体结合性差、易分离。利用上述原理将热障涂层从金属基体上去除。本发明将带有热障涂层的金属构件作为阴极，外电场提供的高能电子对金属基体能起到保护作用，对金属基体不会造成任何伤害，实现无损伤基体将氧化物热障涂层完全去除，将为我国航空业发展助力。本技术发明具有低成本，对环境友好，能够处理结构复杂的构件，易操作等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，将涂有热障涂层的金属构件作为阴极，在氯化钙或它与氯化钠混合熔盐中，石墨棒作为阳极，高温下（具体温度根据熔盐组成而定），施加低电压，恒电位一段时间使热障涂层材料和钙离子反应形成新相与金属基体分离，将构件提离熔盐冷却、水中超声波震荡清洗除去盐和涂层、吹干，实现金属基体无损伤完全去除氧化物热障涂层。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、将带有氧化物涂层的金属构件与金属镍丝集流体连接制成阴极，石墨棒与不锈钢丝集流体连接制成阳极；将纯盐或混合盐烘干去除水分，然后置于坩埚中，再将坩埚置于反应器中；将阴极和阳极悬吊在盐表面，封闭反应器，通过反应器上的进气口向反应器中持续通入氩气，出气口排出，在反应器内形成氩气气氛；

2、将纯盐或混合盐加热至熔化温度形成熔盐，加热过程中产生的湿气被氩气带走；将阴极、阳极插入熔盐构成两电极体系，保持电极间距在15±5mm，在两电极间施加低电压，恒电位一段时间；将阴极提离熔盐，在反应器上方冷却；同时插入另一个阴极构件施加低电压继续进行；

3、将冷却的阴极构件放到水中，超声波振荡清洗除去盐和涂层，吹干、封装。

上述的纯盐为氯化钙，混合盐是摩尔比为1:1的氯化钙-氯化钠，盐纯度均为分析纯。

上述的石墨棒为高纯石墨直径10±0.1mm -15±0.1mm，纯度为高纯。

上述方法中，步骤1采用的镍丝的直径在1±0.1mm，不锈钢丝的直径在1.5±0.01mm。

上述方法中，步骤2用纯氯化钙为熔盐，操作温度控制在800±5℃-850±5℃；用氯化钙-氯化钠混合盐，操作温度控制在550±5℃-600±5℃。

上述方法中，步骤2在两电极之间施加的低电压为0.3±0.1V-1.0±0.1V。

上述方法中，步骤3超声波清洗用水要求5≤pH≤7弱酸性清水，超声波频率0.5至100kHZ之间。

上述方法中，对反应器内的物料进行加热是将反应器置于电阻丝炉中加热。

本发明的方法原理是：热障涂层材料主要是耐高温氧化物或复合氧化物材料，这些耐高温的氧化物或复合氧化物的组分均会与氧化钙反应形成复合氧化物。熔盐电化学体系中，利用外加电场为金属阴极表面提供高能电子吸引钙离子穿透过热障涂层在阴极表面形成具有高活性的钙离子，同时活化氧化物涂层，使高活度的钙离子在金属基体表面与热障涂层材料反应形成新相，新相与金属基体结合性差、易分离。利用上述原理将热障涂层从金属基体上去除。而且带有热障涂层的金属构件作为阴极，外电场提供的高能电子对金属基体能起到保护作用，对金属基体不会造成任何伤害。

采用本发明的方法可以将氧化物热障涂层从结构复杂的构件上低成本，对环境友好、不损伤金属基体地去除，操作简单。

具体实施方式

本发明实施例中采用的镍、不锈钢丝为市购产品。

本发明实施例中采用的氧化铝坩埚为市购产品。

本发明实施例中采用的石墨电极为市购产品。

本发明实施例中采用的纯盐为氯化钙，混合盐是摩尔比为1:1的氯化钙-氯化钠盐，盐纯度均为分析纯。

本发明实施例中采用的石墨棒直径10±0.1mm -15±0.1mm，纯度为高纯。

本发明实施例中采用的镍丝的直径在1±0.1mm，纯度99.99%。

本发明实施例中采用的不锈钢丝的直径在1.5±0.01mm，型号为304。

本发明实施例中采用纯氯化钙为熔盐，操作温度控制在800±5℃-850±5℃；采用氯化钙-氯化钠混合盐，操作温度控制在550±5℃-600±5℃。

本发明实施例中采用的两电极之间施加的低电压为0.3±0.1V-1.0±0.1V。

本发明实施例中超声波清洗采用的水要求5≤pH≤7。

本发明实施例中超声波清洗频率在0.5至100kHZ之间。

本发明实施例中采用的电源为直流稳压电源型号为：WYJ40A 15V。

本发明实施例中，反应器的出气口通过管道延伸至反应器外部的水池内液面的下方，当氩气持续流通时，有气泡冒出。

本发明实施例中，将氯化钙烘干去除水分是将氯化钙置于高温真空干燥箱中，在温度250℃和压力10Pa条件下干燥6h，除去吸附水和部分结晶水。

本发明实施例中对反应器内的物料进行加热是将反应器置于电阻丝炉中加热。

实施例1

1、将带有氧化物涂层的金属构件与直径1±0.1mm，纯度99.99%的金属镍丝集流体连接制成阴极，直径10±0.1mm高纯石墨棒与直径1.5±0.01mm 304不锈钢丝集流体连接制成阳极；将除水后的分析纯氯化钙1公斤置于直径150±0.01mm氧化铝坩埚中，再将坩埚置于反应器中；将阴极和阳极悬吊在盐表面，封闭反应器，通过反应器上的进气口和出气口向反应器中持续通入氩气，在反应器内形成氩气气氛；

2、将氯化钙加热至800±5℃熔化，加热过程中产生的湿气被氩气带走；将阴极、阳极插入熔盐构成两电极体系，保持电极间距在15±5mm，在两电极间施加1.0±0.1V低电压，恒电位60分钟；将阴极提离熔盐，在反应器上方冷却；同时插入另一个阴极构件施加低电压继续进行；

3、将冷却的阴极构件放到pH为7左右的清水中，0.5 kHZ超声波振荡清洗10分钟除去盐和涂层，吹干、封装。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的两电极间施加0.3±0.1V；

（2）步骤2的恒电位90分钟；

其他方式相同。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的氯化钙加热至850±5℃熔化；

（2）步骤2的恒电位30分钟；

其他方式相同。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的氯化钙加热至850±5℃熔化；

（2）步骤2的两电极间施加0.3±0.1V；

（3）步骤2的恒电位60分钟；

其他方式相同。

实施例5

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的熔盐为氯化钙-氯化钠；

（2）步骤2的熔盐加热至550±5℃熔化；

（3）步骤2的恒电位150分钟；

（4）步骤3的超声波清洗水pH为5左右，超声波频率为40kHZ；

其他方式相同。

实施例6

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的熔盐为氯化钙-氯化钠；

（2）步骤2的熔盐加热至550±5℃熔化；

（3）步骤2的两电极间施加0.3±0.1V；

（4）步骤2的恒电位180分钟；

（5）步骤3的超声波清洗水pH为5左右，超声波频率为40kHZ；

其他方式相同。

实施例7

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的熔盐为氯化钙-氯化钠；

（2）步骤2的熔盐加热至600±5℃熔化；

（3）步骤2的恒电位120分钟；

（4）步骤3的超声波清洗水pH为5左右，超声波频率为40kHZ；

其他方式相同。。

实施例8

方法同实施例1，不同点在于：

（1）步骤2的熔盐为氯化钙-氯化钠；

（2）步骤2的熔盐加热至600±5℃熔化；

（3）步骤2的两电极间施加0.3±0.1V；

（4）步骤2的恒电位150分钟；

（5）步骤3的超声波清洗水pH为5左右，超声波频率为40kHZ；

其他方式相同。

Claims

1.一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）、将带有氧化物涂层的金属构件与金属镍丝集流体连接制成阴极，石墨棒与不锈钢丝集流体连接制成阳极；将纯盐或混合盐烘干去除水分，然后置于坩埚中，再将坩埚置于反应器中；将阴极和阳极悬吊在盐表面，封闭反应器，通过反应器上的进气口向反应器中持续通入氩气，出气口排出，在反应器内形成氩气气氛；

（2）、将纯盐或混合盐加热至熔化温度形成熔盐，加热过程中产生的湿气被氩气带走；将阴极、阳极插入熔盐构成两电极体系，保持电极间距在15±5mm，在两电极间施加低电压，恒电位一段时间；将阴极提离熔盐，在反应器上方冷却；同时插入另一个阴极构件施加低电压继续进行；

（3）、将冷却的阴极构件放到水中，超声波振荡清洗除去盐和涂层，吹干、封装。

2.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（1）采用石墨棒作阳极。

3.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（1）采用纯氯化钙或氯化钙-氯化钠作熔盐。

4.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（2）纯氯化钙熔盐温度控制在800±5℃-850±5℃或氯化钙-氯化钠混合盐温度控制在550±5℃-600±5℃。

5.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（2）两电极之间施加的低电压为0.3±0.1V-1.0±0.1V。

6.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（3）超声波清洗用水要求5≤pH≤7弱酸性清水。

7.根据权利要求1所述的一种无损伤金属基体去除氧化物热障涂层方法，其特征在于所述的步骤（3）超声波频率0.5至100kHZ之间。