CN106269648A - 一种热障涂层的陶瓷层去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热障涂层的陶瓷层去除方法，1）将涡轮工作叶片装夹在工装夹具上；2）将喷嘴安装于喷枪内；3）在软限位控制的情况下，将带有喷嘴的喷枪缓慢移动至待去除陶瓷层的涡轮工作叶片当前表面，并保持靶距；4）开启涡流脉冲水射流开关，使喷嘴沿着涡轮工作叶片的轴向方向逐行往复运动；5）当涡轮工作叶片当前表面的陶瓷层去除干净后，通过工装夹具上的旋转轴，实现叶片的180°旋转；6）继续步骤3）、4），完成另一面陶瓷层的去除；本发明去除陶瓷层时，陶瓷层连续、逐层剥离，对金属底层无损伤，金属底层无需补涂涂层，工序简单，便于陶瓷层的再涂覆，与传统机械吹砂方法相比，本发明的工艺参数控制准确，产品质量一致性高。

Description

一种热障涂层的陶瓷层去除方法

技术领域

本发明属于发动机涡轮叶片热障涂层的陶瓷层修理技术领域，具体涉及一种热障涂层的陶瓷层去除方法。

背景技术

目前，由于电子束物理气相沉积(简称EB-PVD)技术具有涂层化学成分易于精确控制、可得到柱状晶组织、涂层与基体结合强度高等优点，已经广泛应用于多种涡轮叶片高温防护涂层的制备加工，显著提高了涡轮叶片的抗高温氧化和抗腐蚀性能、隔热性能，延长了发动机工作寿命。

但是，带有热障涂层的工作叶片在加工过程中或长时间使用后，因种种原因导致陶瓷层局部剥落现象。这就需要将叶片表面原有的陶瓷层去除，同时保证金属底层不会减薄，这样才能进行后续的陶瓷层再涂覆，形成完整的热障涂层。然而，由于EB-PVD技术制备的陶瓷层结合力强、硬度高，采用传统的机械吹砂方法去除陶瓷层时，往往会出现去除陶瓷层的同时，金属底层减薄严重的问题。宫声凯等人申请的专利“去除热障涂层中陶瓷层的方法”，按配比称取氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)粉混合均匀置入镍坩埚中；加热盐浴炉至500℃～800℃；将热障涂层试件置入镍坩埚中，控制反应时间3～20min；取出经处理后的热障涂层试件并置入常温冷水中冲洗3～5min；将经上述处理后的热障涂层试件进行表面湿吹砂处理，去除热障涂层中的部分粘结层。采用该办法处理热障涂层时，最后需采用湿吹砂的方法去除部分粘结层，对粘结层产生减薄的影响；因此，有必要研究一种陶瓷层去除技术，保证陶瓷层去除后，既对金属底层无任何损伤，又对基体材料本身无任何性能衰减作用；同时，再次沉积陶瓷层后，热障涂层质量满足性能要求。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种热障涂层的陶瓷层去除方法，采用涡流脉冲水射流的方法去除陶瓷层，去除时，陶瓷层连续、逐层剥离；去除后，既对金属底层无任何损伤，又对基体材料本身性能无任何衰减作用；同时，再次沉积陶瓷层后，热障涂层质量满足性能要求。

在涡流脉冲水射流去除热障涂层的陶瓷层时，通过控制脉冲水压力、喷嘴与零件靶距、喷嘴移动速度、喷嘴直径、脉冲水射流与零件表面夹角(简称入射角)等参数，达到有效去除陶瓷层的目的。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种热障涂层的陶瓷层去除方法，包括以下步骤：

1)将涡轮工作叶片装夹在工装夹具上；

2)将喷嘴安装于喷枪内；

3)在软限位控制的情况下，将带有喷嘴的喷枪缓慢移动至待去除陶瓷层的涡轮工作叶片当前表面，并保持靶距；

4)开启涡流脉冲水射流开关，使喷嘴沿着涡轮工作叶片的轴向方向逐行往复运动；

5)当涡轮工作叶片当前表面的陶瓷层去除干净后，通过工装夹具上的旋转轴，实现叶片的180°旋转；

6)重复步骤3)、4)，完成另一面陶瓷层的去除；

7)将陶瓷层去除干净的叶片自工装夹具中取出，吹干后装箱。

所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的脉冲水压力控制范围为20～80MPa。

所述步骤3)中，涡流脉冲水射流的喷嘴与零件靶距为10～60mm。

所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的喷嘴移动速度0.01～0.10mm/s。

所述涡流脉冲水射流的喷嘴直径为0.1～1.5mm。

所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的入射角控制在30～90°。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点，本发明采用涡流脉冲水射流对热障涂层的陶瓷层进行剥离去除，将精密过滤后的介质水经高压泵增压后通过喷嘴高速喷出高能量的细小水射流，并通过脉冲振动转换成高频机械振动，有效去除陶瓷层，且本发明去除陶瓷层时，陶瓷层连续、逐层剥离，对金属底层无损伤，金属底层无需补涂涂层，工序简单，便于陶瓷层的再涂覆，涡流脉冲水射流去除陶瓷层方便、快捷、环保，易于操作，与传统机械吹砂方法相比，本发明的工艺参数控制准确，产品质量一致性高。

进一步的，因陶瓷层硬度高，较小的脉冲水压无法将陶瓷层去除，过高的脉冲水压又会引起金属底层的损伤，本发明涡流脉冲水射流的脉冲水压力控制范围为20～80MPa，能够在不损坏金属底层的前提下有效取出陶瓷层。

进一步的，涡流脉冲水射流的喷嘴与零件靶距10～60mm，有效控制喷嘴与零件靶距，达到陶瓷层的有效去除效果。

进一步的，因为过低的喷嘴移动速度会因脉冲水射流长时间冲击零件某一部位，引起该处涂层的不均匀剥离；而过高的喷嘴移动速度又达不到陶瓷层连续、逐层剥离的效果，本发明涡流脉冲水射流的喷嘴移动速度0.01～0.10mm/s，陶瓷层玻璃效果好。

进一步的，涡流脉冲水射流的喷嘴直径为0.1～1.5mm，喷嘴直径的大小对零件倒角处的去除起到至关重要的作用，若喷嘴直径过大，会因倒角缓冲作用，倒角处陶瓷层无法去除干净。

进一步的，过小的入射角度会导致脉冲水射流能量沿零件法线较小，无法达到陶瓷层去除的效果，本发明的涡流脉冲水射流的入射角控制在30～90°，角度设计合理，能有效提升陶瓷层的去除效果。

附图说明

图1为本发明涡轮脉冲水射流去除陶瓷层示意图；

图2去除陶瓷层后叶盆实物图；

图3局部去除陶瓷层后叶背实物图；

图4去除陶瓷层后叶盆实物图；

图5去除陶瓷层后叶背实物图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

通过控制涡流脉冲水射流去除陶瓷层过程中的工艺参数，以此实现陶瓷层的有效去除，金属底层的完整、无损伤。

同时，为了保证陶瓷层的有效去除，在自定心三爪工作台上设计专用工装，采用叶片固定，喷嘴沿叶片型面移动的去除方式进行陶瓷层去除。

如图1所示，本发明的陶瓷层去除方法，包括以下步骤：

1)将涡轮工作叶片4装夹在工装夹具1上；

2)将喷嘴3安装于喷枪2内，所述涡流脉冲水射流的喷嘴直径为0.1～1.5mm；

3)在软限位控制的情况下，将带有喷嘴3的喷枪2缓慢移动至待去除陶瓷层的涡轮工作叶片4当前表面，并保持靶距，涡流脉冲水射流的喷嘴与零件靶距为10～60mm；

4)开启涡流脉冲水射流开关，将涡流脉冲水射流的入射角控制在30～90°，压力控制在20～80MPa，喷嘴移动速度控制在0.01～0.10mm/s，使喷嘴3沿着涡轮工作叶片4的轴向方向逐行往复运动，如图1所示，使喷嘴沿着图中的轴向白色箭头方向轴向往复运动，同时，沿着黑色箭头方向换行进行轴向往复运动，以达到陶瓷层连续、逐层剥离的效果；

5)当涡轮工作叶片4当前表面的陶瓷层去除干净后，通过工装夹具1上的旋转轴5，实现叶片的180°旋转；

6)重复步骤3)、4)，完成另一面陶瓷层的去除；

7)将陶瓷层去除干净的叶片自工装夹具1中取出，吹干后装箱。

实施方案1：

1)首先，利用胶带将图3中的1区域进行防护，以此验证陶瓷层去除前、后，金属底层减薄情况，并将叶片装夹在工装夹具内；

2)将直径为0.3mm的喷嘴安装于喷枪内；

3)在软限位控制的情况下，将带有喷嘴的喷枪缓慢移动至相应的叶片表面，设定靶距为30mm；

4)将涡流脉冲水射流去除陶瓷层的脉冲水压力设定为40MPa、喷嘴移动速度为0.02m/s、入射角设定为45°，开启涡流脉冲水射流开关，使喷嘴沿着图1中的白色箭头方向逐行往复运动，同时，沿着图1中的黑色箭头方向进行换行，以达到陶瓷层连续、逐层剥离的效果。

5)当叶片的叶盆去除干净后，通过工装夹具上的旋转轴，实现叶片的180°旋转；

6)利用步骤3)、4)，完成另一面陶瓷层的去除。

图2为本实施方案去除陶瓷层后叶盆实物图，图3本实施方案局部去除陶瓷层后叶背实物图。从图中可以看出，除胶带保护的部位陶瓷层完整，其余部位陶瓷层去除彻底，无任何陶瓷层残留。去除陶瓷层后，叶片表面呈均匀一致的底层氧化色，这说明金属底层完整，未出现任何减薄现象。

为验证陶瓷层去除后，金属底层减薄情况，对本实施方案后的叶片进行解剖检测涂层厚度，检测结果如表1所示：

表1

涂层类别	去除面层前	去除面层后
			底层厚度/μm	26	26
面层厚度/μm	98	0

从表中可以看出，陶瓷层去除部位与存在陶瓷层部位的金属底层厚度未发生变化，金属底层保存完好。

实施方案2：

1)首先，将两件叶片装夹在工装夹具内；

2)将直径为0.5mm的喷嘴安装于喷枪内；

3)在软限位控制的情况下，将带有喷嘴的喷枪缓慢移动至相应的叶片表面，设定靶距为50mm；

4)将涡流脉冲水射流去除陶瓷层的脉冲水压力设定为60MPa、喷嘴移动速度为0.05m/s、入射角设定为60°，开启涡流脉冲水射流开关，使喷嘴沿着图1中的白色箭头方向往复运动；同时，沿着图1中的黑色箭头方向进行换行，以达到陶瓷层连续、逐层剥离的效果。

5)当叶片的一面去除干净后，通过工装夹具上的旋转轴，实现叶片的180°旋转；

6)利用步骤3)、4)，完成另一面陶瓷层的去除。

图4为本实施方案实施后的叶盆实物图，图5本实施方案去除后叶背实物图。从图中可以看出，两件叶片陶瓷层去除彻底，无任何陶瓷层残留。去除陶瓷层后，叶片表面呈均匀一致的底层氧化色，这说明金属底层完整，未出现任何减薄现象。

Claims (6)

1.一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将涡轮工作叶片(4)装夹在工装夹具(1)上；

2)将喷嘴(3)安装于喷枪(2)内；

3)在软限位控制的情况下，将带有喷嘴(3)的喷枪(2)缓慢移动至待去除陶瓷层的涡轮工作叶片(4)当前表面，并保持靶距；

4)开启涡流脉冲水射流开关，使喷嘴(3)沿着涡轮工作叶片(4)的轴向方向逐行往复运动；

5)当涡轮工作叶片(4)当前表面的陶瓷层去除干净后，通过工装夹具(1)上的旋转轴(5)，实现叶片的180°旋转；

6)重复步骤3)、4)，完成另一面陶瓷层的去除；

7)将陶瓷层去除干净的叶片自工装夹具(1)中取出，吹干后装箱。

2.根据权利要求1所述的一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的脉冲水压力控制范围为20～80MPa。

3.根据权利要求1所述的一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，所述步骤3)中，涡流脉冲水射流的喷嘴与零件靶距为10～60mm。

4.根据权利要求1所述的一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的喷嘴移动速度0.01～0.10mm/s。

5.根据权利要求1所述的一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，所述涡流脉冲水射流的喷嘴直径为0.1～1.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种热障涂层的陶瓷层去除方法，其特征在于，所述步骤4)中，涡流脉冲水射流的入射角控制在30～90°。