CN106835178B - 间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂、工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂，由以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0‑20.0):(80.0‑97.0):(0.3‑3.0)组成复方反应剂。本发明还提供一种清洗装置及清洗工艺。本发明通过创新清洗反应剂以及设备和工艺，使用以固态金属氟化物CrF₂为主的化合物，金属Cr及固态氟化氢铵三种反应剂组成复方反应剂，反应剂在密封高温反应器内同氢气反应产生氟化氢气体，并经由所产生的氟化氢气体清除部件表面的氧化物，可实现防范反应气体泄露、以及可同时通过反应器内气体压力变化的操作进行高效氟化氢离子气体清洗以及后续高温真空清除工件表面残余氟化物的目的，保障使用安全和创造良好的工作环境。

Description

间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂、工艺及装置

技术领域

本发明涉及间接式高温氟化氢离子气体清洗技术，具体是一种间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂、工艺及装置。

背景技术

高温氟化氢离子气体清洗装置属于国外先进工业化国家航空发动机及其它多种燃气轮机高温合金部件深度修复业界普遍使用的一种关键设备。此类装置应用于各种燃气轮机及航空发动机内昂贵镍基及钴基部件高温钎焊和精密熔焊深度修复前必须进行的气相清洗工序。此类设备制造及控制技术要求极高，价格昂贵，且全球仅有的两家商品化设备生产商都在美国，中国进口困难，以至于国内此类技术设备目前完全处于空白状态，致使大量发动机部件深度修复业务仅因为缺少此类设备无无法开展。

许多高端机械动力系统如航空发动机，各种其它领域使用的燃气轮机系统的关键部件必需使用铸造类高铝钛沉淀强化镍基高温合金及钴基高温合金。以航空发动机为例，发动机的涡轮部许多关键部件，如第一和第二级涡轮导向静叶片及动叶片等多为精密铸造基高铝钛镍基高温合金或钴基高温合金材料。此类部件制造工艺包括真空熔炼，真空浇注及需要严格控制凝固过程的精密铸造等复杂工艺，且合金原材料价格不菲，部件价格极其昂贵。然而受严酷的工作环境影响，在发动机的使用过程中此类部件会经受高温氧化，高温热腐蚀，高温热机械疲劳等损坏从而产生局部表面材料流失/材质恶化及裂纹，致使部件使用性能严重下降，甚至造成严重的安全隐患。涡轮部的动/静叶片具有单价高，起关键作用但同时又易于损坏等特点，故被称为昂贵关键易损部件。在发动机大修检验期间常有批量叶片的损坏程度已达到了服务极限。发动机维修公司对损坏程度达到或超过服务极限的部件需要进行深度修复或换装新备件。鉴于叶片修旧远较换新经济，从降低发动机用户使用成本角度考虑，国际上所有发动机制造公司及独立大修公司通用的宗旨是能修旧的就不要换新。各种先进高温真空钎焊(如瞬时液相钎焊，先进宽间隙烧结钎焊及近年来发展的无硼，磷，硅钎焊)及使用多种热源(电弧，等离子，激光，电子束)的精密熔焊堆焊技术修复高温合金叶片已成为先进工业国家相关工业领域的常见的深度再制造技术。世界范围内燃气轮机高温涡轮部叶片深度修复已形成了年数十亿美元的产业，几乎全部由西方工业化国家公司控制。

在涉及高温合金叶片钎焊/熔焊深度修复的整个工艺过程中，修复前对需要修复叶片的表面和裂纹内部去高稳定性氧化层的过程是一道必须实施的关键工艺。而目前唯一能有效去除高温合金，尤其是高铝钛镍基高温合金氧化物的方法就是高温氟化氢离子气体清洗工艺；其涉及的设备即高温氟化氢离子气体清洗炉。该清洗工艺主要是在高温下促成以下具代表性化学反应以去除高温合金叶片表面的Al，Cr，Ti，Nb，Zr等氧化物:

1.6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2CrF_2(gas)+F_2(gas)

2.12HF_(gas)+2Al₂O₃→6H₂O+4AlF_3(gas)

国外现有工艺及其专用设备根据反应器内氟化氢气体来源的不同可划分为直接式及间接式两大类。

直接式:用高纯氟化氢气体同氢器混合直接在高温反应器内参与同部件的反应，起到表面清洗作用。

间接式:用各种不同类型的固态化学清洗剂同氢气在高温反应器内反应产生氟化氢气体，进而由反应产生的氟化氢气体去除部件表面的氧化物。

直接式设备：因直接使用剧毒高纯氟化氢气体，清洗反应必需在完全密封反应器内完成，设备设计及制造的质量及控制要求极为严格，商品化设备自动化程度高。直接式清洗炉除可用于去除高温合金部件表面氧化物外还可提供同炉高温合金部件经氟化氢气体清洗后的清除部件表面残余氟化物真空热处理工序。然而此类商品化设备只有美国生产，价格昂贵，且中国不能进口；国内目前技术能力还不能生产同类设备。

直接式设备又可分成普通直接式清洗炉与高效直接式清洗炉两种；后者能在气相清洗过程中通过氟化氢气体压力变化从而提高化学反应动力学和反应气体活性提高气相清洗效率。

间接式设备:因氟化氢气体是由不同类型的固态反应剂和氢气在高温下通过化学反应/物理变化间接产生，此类清洗技术避免了使用高纯度氟化氢气体。间接法设备因低浓度氟化氢气体只在清洗反应器内即时产生，其设备设计及制造要求相对简单，造价比较低，使用安全性大为提高。间接法清洗工艺整个清洗过程发生的化学反应比较复杂，此类设备一般自动化程度较低，反应器多为半密封式。

比较各种间接式高温氟化氢离子气体反应炉，通用电气公司发明间接式高温氟化氢离子气体反应炉因密封欠佳产生致使工作环境质量下降，工业界接受程度不高；而DAYTON式间接式氟化氢离子气体清洗炉内工艺过程涉及特氟龙的高温裂解，容易在清洗部件表面积碳，使用范围受到限制。

综上所述，所有现存间接式高温氟化氢离子气体反应炉都有以下四方面重要缺欠:

1、使用的反应剂由于或涉及特氟龙的高温裂解产生部件表面积碳或使用较大量氟化氢铵及设备密封状态差导致工作环境不良；

2、对反应气体可能产生的泄露未能提供足够安全保证；

3、未能实现通过清洗气体压力变化从提高化学反应动力学及保障反应气体活性的角度增加清洗效率的能力；

4、不具备同炉对部件既提供氟化氢离子气体清洗又提供清洗过程完成后的后续用高温真空清除工件表面残余氟化物的能力。

国内在高温氟化氢离子气体清洗设备方面为一纸空白，既没有直接式也没有间接式反应炉的设计生产能力。由于引进国外商业反应炉困难，致使航空发动机及其它各种燃气轮机涡轮部高/低压动/静叶片的深度钎焊/熔焊工作几乎无法进行，严重制约了相关领域的技术发展。

综上所述，国内航空发动机及其他燃气轮机深度维修工业领域急需安全、可靠，国内能够生产，并能既提供高效氟化氢离子气体清洗又提供清洗过程完成后的后续清除工件表面残余氟化物的能力的高温氟化氢离子气体清洗设备以填补航空发动机及燃气轮机高温合金关键易损部件深度修复/再制造领域关键设备技术空白。

发明内容

本发明提供一种间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂、工艺及装置，通过创新清洗反应剂以及设备和工艺，可实现防范反应气体泄露、以及可同时进行高效氟化氢离子气体清洗以及后续清除工件表面残余氟化物的目的，保障使用安全和创造良好的工作环境。

一种间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂，其特征在于：由以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)组成复方反应剂。

进一步，所述以固态CrF₂为主的化合物中各物质的质量百分比如下：CrF₂占55-90％,其他氟化铬占10-45％，其中其他氟化铬为CrF、CrF₃、CrF₄、CrF₅、CrF₆、(Cr(H₂O)₆)F₃中的一种或几种的混合。

进一步，所述复方反应剂在高温(800-1200℃)下同氢气发生化学反应产生氟化氢气体，进而氟化氢气体在高温(800-1200℃)下通过变压或恒压操作有效去除高温合金部件表面氧化物，上述化学反应由以下化学反应式表达:

6HF_(gas)+Al₂O₃→3H₂O+2AlF_3(gas)

6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2Cr+3F_2(gas)。

一种间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，其特征在于：包括密封炉壳及设于密封炉壳内的密封反应器，所述密封炉壳为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过炉壳密封盖密封，密封炉壳内设有电加热炉丝，密封炉壳上设有炉壳氩气入口、炉壳排气口、炉壳进气口，密封炉壳设有用于与外部真空泵连接的炉壳真空泵接口，所述密封反应器为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过反应器密封盖密封，反应器密封盖上设有反应器排气口和反应器氩气入口，密封反应器与密封炉壳内腔之间可通过气体两通阀连通，密封反应器上设有反应器真空泵接口、反应器氢气入口，密封反应器内设有用于安放清洗反应剂和待清洗工件的吊装装置。

进一步，吊装装置上设有反应剂安放平台及位于反应剂安放平台上方的待清洗工件安放平台，反应剂安放平台用于放置清洗反应剂，待清洗工件安放平台用于放置待清洗工件。

进一步，密封炉壳内还设有保温层，保温层贴附于电加热密封炉内壁，电加热炉丝与保温层接触。

进一步，吊装装置的头端设计为吊环式结构，便于起吊装置将吊装装置从密封反应器中吊入和吊出。

一种间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，其特征在于应用上述装置进行，所述清洗工艺包括如下步骤：

1)、将密封反应器移出炉壳密封炉壳，打开反应器密封盖，取出吊装装置；

2)、密封炉壳的上端开口使用炉壳密封盖加盖后开始启动电加热炉丝进行升温预热；

3)、将复方氟化氢气体反应剂和待清洗部件分别安放到吊装装置上的反应剂安放平台和待清洗工件安放平台；

4)、将吊装装置放回密封反应器；

5)、将密封反应器的上端开口使用反应器密封盖密封，然后将反应器真空泵接口与真空泵连接，将反应器氩气入口接入氩气，此时反应器排气口关闭；

6)、将密封反应器抽真空至P1压力，其中P1≤1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7)、待密封炉壳升温，预热温度达到T1时，T1为800-1200℃间某温度点，将充满氩气的密封反应器放回已预热的炉壳，并连接反应器真空泵接口、反应器氢气入口、反应器排气口、反应器氩气入口；

8)、使用炉壳密封盖密封密封炉壳，密封炉壳通过炉壳真空泵接口抽真空至P1压力，然后通过炉壳氩气入口充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反应器内温度升至T2时，T2为400-800℃间某温度点，通过反应器氢气入口输入氢气，打开反应器排气口用氢气置换氩气达到P2压力，继续升温到T1；

10)、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器，t1＝20分钟-80分钟；

11)、启动真空泵通过炉壳真空泵接口将密封炉壳抽真空至P1压力；

12)、关闭与炉壳真空泵接口连接的真空泵；

13)、关闭反应器氢气入口；

14)、打开气体两通阀，引导反应器内气体流入密封炉壳内真空，对密封反应器内气体减压，直至密封反应器内外气体压力达到平衡压力P4，P4＝150-600torr；

15)、关闭气体两通阀，打开反应器氢气入口引入新鲜氢气将密封反应器内压力升至P2，结束第一轮压力时间清洗循环，开始第二轮计时循环计时；

16)、打开密封炉壳上的炉壳氩气入口，引入氩气通过炉壳排气口将密封炉壳内的反应气体排除出密封炉壳；

17)、将密封炉壳内氩气升至P3压力，P3＝775torr，保持炉壳氩气压力；

18)、反复重复步骤10)至17)以完成后续清洗循环，所有压力-时间循环期间温度保持在步骤设定的清洗反应温度T1不变；

19)、在完成最后一轮清洗循环后关闭密封反应器的反应器氢气入口，打开密封反应器的反应器氩气入口，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳将密封反应器内温度降至温度T3，T3为400-800℃间某一温度点；

20)、当密封反应器内氢气被排除完毕，关闭反应器氩气入口；

21)、开动真空泵通过炉壳真空泵接口、反应器真空泵接将密封反应器和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

22)、密封反应器在T3温度、真空P5状态下停留t2时间，t2＝20分钟-60分钟；

23)、通过密封反应器顶部反应器氩气入口注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口；

24)、停止加热密封炉壳，打开炉壳进气口将炉壳内压力升至P2，P2＝760torr；

25)、将密封充氩的密封反应器移出密封炉壳，使密封反应器内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

26)、打开密封反应器的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺。

进一步，所述复方氟化氢气体反应剂(8)由以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)组成复方反应剂。

一种间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，其特征在于应用上述清洗装置进行，所述清洗工艺包括如下步骤：

1)、将密封反应器移出炉壳密封炉壳，打开反应器密封盖，取出吊装装置；

2)、密封炉壳的上端开口使用炉壳密封盖加盖后开始启动电加热炉丝进行升温预热；

3)、将复方氟化氢气体反应剂和待清洗部件分别安放到吊装装置上的反应剂安放平台和待清洗工件安放平台；

4)、将吊装装置放回密封反应器；

5)、将密封反应器的上端开口使用反应器密封盖密封，然后将反应器真空泵接口与真空泵连接，将反应器氩气入口接入氩气，此时反应器排气口关闭；

6)、将密封反应器抽真空至P1压力，其中P1≤1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7)、待密封炉壳升温，预热温度达到T1时，T1为800-1200℃间某温度点，将充满氩气的密封反应器放回已预热的炉壳，并连接反应器真空泵接口、反应器氢气入口、反应器排气口、反应器氩气入口；

8)、使用炉壳密封盖密封密封炉壳，密封炉壳通过炉壳真空泵接口抽真空至P1压力，然后通过炉壳氩气入口充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反应器内温度升至T2时，T2为400-800℃间某温度点，通过反应器氢气入口输入氢气，打开反应器排气口用氢气置换氩气达到P2压力，继续升温到T1；

10)、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器，维持P2和P3压力，t1＝120-1000分钟；

11)、在完成清洗循环后关闭密封反应器的反应器氢气入口，打开密封反应器的反应器氩气入口，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳将密封反应器内温度降至温度T3，T3为400-800℃间某一温度点；

12)、当密封反应器内氢气被排除完毕，关闭反应器氩气入口；

13)、开动真空泵通过炉壳真空泵接口、反应器真空泵接将密封反应器和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

14)、反应器在T3温度，真空P5状态下停留t2时间，t2＝20分钟-60分钟；

15)、通过密封反应器顶部反应器氩气入口注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口；

16)、停止加热密封炉壳，打开炉壳进气口将炉壳内压力升至P2压力；

17)、将密封充氩的密封反应器移出密封炉壳，使密封反应器内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

18)、打开密封反应器的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺。

进一步，所述复方氟化氢气体反应剂(8)由以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)组成复方反应剂。

本发明使用的复方反应剂既避免了使用特氟龙可能造成的清洗部件表面积碳问题，又能有效降低氟化氢铵的使用量；所述清洗装置通过复方反应剂在高温下同氢气反应产生氟化氢气体并具有使气体压力在一定幅度内变化的能力，以此方式增加氟化氢离子气体同清洗部件表面氧化物的化学反应效率，达到高效去除高温合金部件表面氧化物的目标；该清洗工艺将复方反应剂和待清洗的高温合金部件分别置于反应器内，通过涉及真空、氩气、氢气、温度、时间、压力等工艺变量的操作控制达到有效去除部件表面氧化物的目的。

附图说明

图1是本发明间接式高温氟化氢离子气体清洗装置的结构示意图。

图中：1—密封炉壳，2—保温层，3—电加热炉丝，4—炉壳真空泵接口，5—密封反应器，6—反应器真空泵接口，7—反应器氢气入口，8—复方氟化氢气体反应剂，9—吊装装置，10—反应剂安放平台，11—炉壳密封盖，12—炉壳氩气入口，13—反应器密封盖，14—反应器排气口，15—反应器氩气入口，16—高温合金部件，17—气体两通阀，18—炉壳排气口，19—炉壳进气口，20—待清洗工件安放平台。

具体实施方式

本发明涉及与间接式高温氟化氢离子气体清洗技术相关的清洗剂使用、清洗过程相关化学反应，清洗工艺及其相应的清洗设备等诸方面技术内容。下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种间接式高温氟化氢离子气体清洗反应剂，由以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)组成复方反应剂。此复方反应剂的选择既避免了使用特氟龙可能造成的清洗部件表面积碳问题又能有效降低氟化氢铵的使用量，其中所述以固态CrF₂为主的化合物中各物质的质量百分比如下：CrF₂占55-90％,其他氟化铬占10-45％，其中其他氟化铬为CrF、CrF₃、CrF₄、CrF₅、CrF₆、(Cr(H₂O)₆)F₃中的一种或几种的混合。

本发明还提供一种间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，使用以固态金属氟化物CrF₂为主的化合物，金属Cr及固态氟化氢铵三种反应剂组成复方反应剂，反应剂在密封高温反应器内同氢气反应产生氟化氢气体，并经由所产生的氟化氢气体清除部件表面的氧化物，以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)混合组成所述复方反应剂。

复方反应剂在高温下同氢气发生化学反应产生氟化氢气体，进而氟化氢气体在高温(400-800℃)下通过变压或恒压操作有效去除高温合金部件表面氧化物，上述化学反应可由以下化学反应式表达:

6HF_(gas)+Al₂O₃→3H₂O+2AlF_3(gas)

6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2Cr+3F_2(gas)

如图1所示，本发明实施例还提供一种间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，该装置通过复方反应剂在高温下同氢气反应产生氟化氢气体并具有使气体压力在一定幅度内变化的能力，以此方式增加氟化氢离子气体同清洗部件表面氧化物的化学反应效率，达到高效去除高温合金部件表面氧化物的目标。

所述装置包括密封炉壳1及设于密封炉壳1内的密封反应器5，部件清洗过程包括将复方反应剂和待清洗的高温合金部件分别置于反应器内，通过涉及真空、氩气、氢气、温度、时间、压力等工艺变量的操作控制达到有效去除部件表面氧化物的目的。

所述密封炉壳1为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过炉壳密封盖11密封，密封炉壳1内设有保温层2和电加热炉丝3，保温层2贴附于电加热密封炉内壁，电加热炉丝3可与保温层2接触。密封炉壳1上设有炉壳氩气入口12、炉壳排气口18、炉壳进气口19，密封炉壳1底壁设有炉壳真空泵接口4，用于与外部真空泵连接。

所述密封反应器5为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过反应器密封盖13密封，反应器密封盖13上设有反应器排气口14和反应器氩气入口15，密封反应器5与密封炉壳1内腔之间可通过气体两通阀17连通，密封反应器5底壁设有反应器真空泵接口6和反应器氢气入口7。

密封反应器5内设有吊装装置9，吊装装置9上设有反应剂安放平台10及位于反应剂安放平台10上方的待清洗工件安放平台20，反应剂安放平台10用于放置上述清洗反应剂，待清洗工件安放平台20用于放置待清洗工件16(例如涡轮导向静叶片、动叶片等)。吊装装置9的头端可设为吊环式结构，便于起吊装置将吊装装置9从密封反应器5中吊入和吊出。

本发明包含提供间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，其运用到上述清洗反应剂和清洗装置，其中一种工艺为交变压力气相清洗工艺，其中一个实施例的具体步骤如下：

1、将密封反应器5移出炉壳密封炉壳1，打开反应器密封盖13，取出吊装装置9；

2、密封炉壳1的上端开口使用炉壳密封盖11加盖后开始启动电加热炉丝3进行升温预热；

3、将复方氟化氢气体反应剂8和待清洗部件16分别安放到吊装装置9各自的反应剂安放平台10和待清洗工件安放平台20，复方氟化氢气体反应剂8中以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比15:84:1混合，其中以固态CrF₂为主的化合物中各物质的质量百分比如下：65％CrF₂，3％CrF，15％CrF₃，7％CrF₄，2％CrF₅，2％CrF₆，剩余为(Cr(H₂O)₆)F₃；

4、将吊装装置9放回密封反应器5；

5、将密封反应器5的上端开口使用反应器密封盖13密封，然后将反应器真空泵接口6与真空泵连接，将反应器氩气入口15接入氩气，此时反应器排气口14关闭；

6、将密封反应器5抽真空至P1压力，其中P1≤1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7、待密封炉壳1升温，预热温度达到T1时，T1为875℃，将充满氩气的密封反应器5放回已预热的炉壳1，并连接反应器真空泵接口6、反应器氢气入口7、反应器排气口14、反应器氩气入口15；

8、使用炉壳密封盖11密封密封炉壳1，密封炉壳1通过炉壳真空泵接口4抽真空至P1压力(P1≤1torr)，然后通过炉壳氩气入口12充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9、待密封反应器5内温度升至T2时，T2为450℃通过反应器氢气入口7输入氢气，打开反应器排气口14用氢气置换氩气达到P2压力(P2＝760torr)，继续升温到T1；

10、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器5，t1＝40分钟；

11、启动真空泵通过炉壳真空泵接口4将密封炉壳1抽真空至P1压力(P1≤1torr)

12、关闭与炉壳真空泵接口4连接的真空泵；

13、关闭反应器氢气入口7；

14、打开气体两通阀17，引导反应器内气体流入密封炉壳1内真空，对密封反应器5内气体减压，直至密封反应器5内外气体压力达到平衡压力P4(平衡压取决于密封反应器5内及密封反应器5与密封炉壳1间空间大小，P4＝200torr)；

15、关闭气体两通阀17，打开反应器氢气入口7引入新鲜氢气将密封反应器5内压力升至P2(760torr)，结束第一轮压力时间清洗循环，开始第二轮计时循环计时；

16、同时打开密封炉壳1上的炉壳氩气入口12，引入氩气通过炉壳排气口18将密封炉壳1内的反应气体排除出密封炉壳1；

17、将密封炉壳1内氩气升至P3压力，P3＝775torr，保持炉壳氩气压力；

18、反复重复步骤10至17以完成后续清洗循环，所有压力-时间循环期间温度保持在步骤9设定的清洗反应温度T1不变；

19、在完成最后一轮清洗循环后关闭密封反应器5的反应器氢气入口7，打开密封反应器5的反应器氩气入口15，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳1将密封反应器5内温度降至温度T3，T3为550℃；

20、当密封反应器5内氢气被排除完毕(用氢探测器)，关闭反应器氩气入口15；

21、开动真空泵通过炉壳真空泵接口4、反应器真空泵接6将密封反应器5和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

22、密封反应器在T3温度、真空P5状态下停留t2时间(t2＝50分钟)；

23、通过密封反应器5顶部反应器氩气入口15注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口15；

24、停止加热密封炉壳1，打开炉壳进气口19将炉壳内压力升至P2(P2＝760torr)；

25、将密封充氩的密封反应器5移出密封炉壳1，使密封反应器5内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

26、打开密封反应器5的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺，总清洗时间为480分钟。

根据上述国外设备优缺点分析，交变压压力间接式高温氟化氢离子气体清洗装置及清洗工艺技术创新实现了下述三项现有国外间接式高温氟化氢离子气体清洗装置不具备的功能:

1、本发明具有通过反应器内氢气压力的波动和新鲜氢气输入量变化操作增强反应气体流动保证反应器反应气体活性的能力从而提高清洗效率,减短清洗时间并增强清洗工艺对去除部件表面热疲劳裂纹内残余氧化物的能力；

2、本发明实现了同炉氟化氢气态清洗及清洗后去除工件表面残余氟化物的真空热处理的功能；

3、本发明工作状态下的反应器内反应气体的压力低于炉壳内氩气压力，故具备高度防范反应气体泄露能力，能确保使用安全和创造良好的工作环境。

上述交变压力气相清洗工艺能提高清洗效率，但操作工艺步骤比较复杂，所述间接式高温氟化氢离子气体清洗清洗设备也可以用来实现相对简单的恒压气相清洗工艺，其中一实施例的步骤具体如下:

1、将密封反应器5移出炉壳密封炉壳1，打开反应器密封盖，取出吊装装置9；

2、密封炉壳1的上端开口使用炉壳密封盖11加盖后开始启动电加热炉丝3进行升温预热；

3、将复方氟化氢气体反应剂8和待清洗部件16分别安放到吊装装置9各自的反应剂安放平台10和待清洗工件安放平台20，复方氟化氢气体反应剂8中以固态CrF₂为主的化合物、金属Cr以及固态氟化氢铵按照质量比12:86.5:1.5混合，所述以固态CrF2为主的化合物中各物质的质量百分比如下：75％CrF₂，2％CrF，10％CrF₃，5％CrF₄，2％CrF₅，1％CrF₆，剩余为(Cr(H₂O)₆)F₃；

4、将吊装装置9放回密封反应器5；

5、将密封反应器5的上端开口使用反应器密封盖13密封，然后将反应器真空泵接口6与真空泵连接，将反应器氩气入口15接入氩气，此时反应器排气口14关闭；

6、将密封反应器5抽真空至低于P1压力，其中P1＝1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7、待密封炉壳1升温，预热温度达到T1时，T1为915℃，将充满氩气的密封反应器5放回已预热的密封炉壳1，并连接反应器真空泵接口6、反应器氢气入口7、反应器排气口14、反应器氩气入口15；

8、使用炉壳密封盖11密封密封炉壳1，密封炉壳1通过炉壳真空泵接口4抽真空至P1压力(P1≤1torr)，然后通过炉壳氩气入口12充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9、待密封反应器5内温度升至T2时，T2为500℃通过反应器氢气入口7输入氢气，打开反应器排气口14用氢气置换氩气达到P2压力(P2＝760torr)，继续升温到T1；

10、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器5，维持P2和P3压力，t1＝600分钟；

11、在完成清洗循环后关闭密封反应器5的反应器氢气入口7，打开密封反应器5的反应器氩气入口，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳将密封反应器内温度降至温度T3，T3为600℃；

12、当密封反应器5内氢气被排除完毕(用氢探测器)，关闭反应器氩气入口；

13、开动真空泵通过炉壳真空泵接口4、反应器真空泵接6将密封反应器5和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

14、反应器在T3温度，真空P5状态下停留t2时间(t2＝50分钟)

15、通过密封反应器5顶部反应器氩气入口15注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口15；

16、停止加热密封炉壳1，打开炉壳进气口19将炉壳内压力升至P2(P2＝760torr)；

17、将密封充氩的密封反应器5移出密封炉壳1，使密封反应器5内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

18、打开密封反应器5的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺，总清洗时间为700分钟。

使用间接式高温氟化氢离子气体清洗装置及恒压清洗工艺实现了下述两项现有国外间接式高温氟化氢离子气体清洗装置不具备的功能:

1、新设备实现了同炉氟化氢气态清洗及清洗后去除工件表面残余氟化物的真空热处理的功能；

2、新设备工作状态下的反应器内反应气体的压力低于炉壳内氩气压力，故具备高度防范反应气体泄露能力，能确保使用安全和创造良好的工作环境。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，其特征在于：包括密封炉壳(1)及设于密封炉壳(1)内的密封反应器(5)，所述密封炉壳(1)为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过炉壳密封盖(11)密封，密封炉壳(1)内设有电加热炉丝(3)，密封炉壳(1)上设有炉壳氩气入口(12)、炉壳排气口(18)、炉壳进气口(19)，密封炉壳(1)设有用于与外部真空泵连接的炉壳真空泵接口(4)，所述密封反应器(5)为上端开口的腔体结构，且上端开口可通过反应器密封盖(13)密封，反应器密封盖(13)上设有反应器排气口(14)和反应器氩气入口(15)，密封反应器(5)与密封炉壳(1)内腔之间可通过气体两通阀(17)连通，密封反应器(5)上设有反应器真空泵接口(6)、反应器氢气入口(7)，密封反应器(5)内设有用于安放清洗反应剂和待清洗工件(16)的吊装装置(9)。

2.如权利要求1所述的间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，其特征在于：吊装装置(9)上设有反应剂安放平台(10)及位于反应剂安放平台(10)上方的待清洗工件安放平台(20)，反应剂安放平台(10)用于放置清洗反应剂，待清洗工件安放平台(20)用于放置待清洗工件(16)。

3.如权利要求1所述的间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，其特征在于：密封炉壳(1)内还设有保温层(2)，保温层(2)贴附于电加热密封炉内壁，电加热炉丝(3)与保温层(2)接触。

4.如权利要求1所述的间接式高温氟化氢离子气体清洗装置，其特征在于：吊装装置(9)的头端设计为吊环式结构，便于起吊装置将吊装装置(9)从密封反应器(5)中吊入和吊出。

5.一种间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，其特征在于应用权利要求1-4中任一项装置进行，所述清洗工艺包括如下步骤：

1)、将密封反应器(5)移出炉壳密封炉壳(1)，打开反应器密封盖(13)，取出吊装装置(9)；

2)、密封炉壳(1)的上端开口使用炉壳密封盖(11)加盖后开始启动电加热炉丝(3)进行升温预热；

3)、将复方氟化氢气体反应剂(8)和待清洗部件(16)分别安放到吊装装置(9)上的反应剂安放平台(10)和待清洗工件安放平台(20)；

4)、将吊装装置(9)放回密封反应器(5)；

5)、将密封反应器(5)的上端开口使用反应器密封盖(13)密封，然后将反应器真空泵接口(6)与真空泵连接，将反应器氩气入口(15)接入氩气，此时反应器排气口(14)关闭；

6)、将密封反应器(5)抽真空至P1压力，其中P1≤1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7)、待密封炉壳(1)升温，预热温度达到T1时，T1为800-1200℃间某温度点，将充满氩气的密封反应器(5)放回已预热的炉壳(1)，并连接反应器真空泵接口(6)、反应器氢气入口(7)、反应器排气口(14)、反应器氩气入口(15)；

8)、使用炉壳密封盖(11)密封密封炉壳(1)，密封炉壳(1)通过炉壳真空泵接口(4)抽真空至P1压力，然后通过炉壳氩气入口(12)充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反应器(5)内温度升至T2时，T2为400-800℃间某温度点，通过反应器氢气入口(7)输入氢气，打开反应器排气口(14)用氢气置换氩气达到P2压力，继续升温到T1；

10)、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器(5)，t1＝20分钟-80分钟；

11)、启动真空泵通过炉壳真空泵接口(4)将密封炉壳(1)抽真空至P1压力；

12)、关闭与炉壳真空泵接口(4)连接的真空泵；

13)、关闭反应器氢气入口(7)；

14)、打开气体两通阀(17)，引导反应器内气体流入密封炉壳(1)内真空，对密封反应器(5)内气体减压，直至密封反应器(5)内外气体压力达到平衡压力P4，P4＝150-600torr；

15)、关闭气体两通阀(17)，打开反应器氢气入口(7)引入新鲜氢气将密封反应器(5)内压力升至P2，结束第一轮压力时间清洗循环，开始第二轮计时循环计时；

16)、打开密封炉壳(1)上的炉壳氩气入口(12)，引入氩气通过炉壳排气口(18)将密封炉壳(1)内的反应气体排除出密封炉壳(1)；

17)、将密封炉壳(1)内氩气升至P3压力，P3＝775torr，保持炉壳氩气压力；

18)、反复重复步骤10)至17)以完成后续清洗循环，所有压力-时间循环期间温度保持在步骤(9)设定的清洗反应温度T1不变；

19)、在完成最后一轮清洗循环后关闭密封反应器(5)的反应器氢气入口(7)，打开密封反应器(5)的反应器氩气入口(15)，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳(1)将密封反应器(5)内温度降至温度T3，T3为400-800℃间某一温度点；

20)、当密封反应器(5)内氢气被排除完毕，关闭反应器氩气入口(15)；

21)、开动真空泵通过炉壳真空泵接口(4)、反应器真空泵接(6)将密封反应器(5)和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

22)、密封反应器在T3温度、真空P5状态下停留t2时间，t2＝20分钟-60分钟；

23)、通过密封反应器(5)顶部反应器氩气入口(15)注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口(15)；

24)、停止加热密封炉壳(1)，打开炉壳进气口(19)将炉壳(1)内压力升至P2，P2＝760torr；

25)、将密封充氩的密封反应器(5)移出密封炉壳(1)，使密封反应器(5)内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

26)、打开密封反应器(5)的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺。

6.一种间接式高温氟化氢离子气体清洗工艺，其特征在于应用权利要求1-4中任一项所述清洗装置进行，所述清洗工艺包括如下步骤：

1)、将密封反应器(5)移出炉壳密封炉壳(1)，打开反应器密封盖(13)，取出吊装装置(9)；

2)、密封炉壳(1)的上端开口使用炉壳密封盖(11)加盖后开始启动电加热炉丝(3)进行升温预热；

3)、将复方氟化氢气体反应剂(8)和待清洗部件(16)分别安放到吊装装置(9)上的反应剂安放平台(10)和待清洗工件安放平台(20)；

4)、将吊装装置(9)放回密封反应器(5)；

5)、将密封反应器(5)的上端开口使用反应器密封盖(13)密封，然后将反应器真空泵接口(6)与真空泵连接，将反应器氩气入口(15)接入氩气，此时反应器排气口(14)关闭；

6)、将密封反应器(5)抽真空至P1压力，其中P1≤1torr，后充填氩气至P2压力，其中P2＝760torr；

7)、待密封炉壳(1)升温，预热温度达到T1时，T1为800-1200℃间某温度点，将充满氩气的密封反应器(5)放回已预热的炉壳(1)，并连接反应器真空泵接口(6)、反应器氢气入口(7)、反应器排气口(14)、反应器氩气入口(15)；

8)、使用炉壳密封盖(11)密封密封炉壳(1)，密封炉壳(1)通过炉壳真空泵接口(4)抽真空至P1压力，然后通过炉壳氩气入口(12)充填氩气至P3压力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反应器(5)内温度升至T2时，T2为400-800℃间某温度点，通过反应器氢气入口(7)输入氢气，打开反应器排气口(14)用氢气置换氩气达到P2压力，继续升温到T1；

10)、开始清洗反应循环计时，在t1时间内维持反应器温度T1并保持氢气持续流入密封反应器(5)，维持P2和P3压力，t1＝120-1000分钟；

11)、在完成清洗循环后关闭密封反应器(5)的反应器氢气入口(7)，打开密封反应器(5)的反应器氩气入口，引入氩气以氩气置换反应器内的氢气，同时通过密封炉壳将密封反应器内温度降至温度T3，T3为400-800℃间某一温度点；

12)、当密封反应器(5)内氢气被排除完毕，关闭反应器氩气入口；

13)、开动真空泵通过炉壳真空泵接口(4)、反应器真空泵接(6)将密封反应器(5)和密封炉壳内压力降至P5压力，P5≤100torr；

14)、反应器在T3温度，真空P5状态下停留t2时间，t2＝20分钟-60分钟；

15)、通过密封反应器(5)顶部反应器氩气入口(15)注入氩气至P2，关闭反应器氩气入口(15)；

16)、停止加热密封炉壳(5)，打开炉壳进气口(19)将炉壳(1)内压力升至P2压力；

17)、将密封充氩的密封反应器(5)移出密封炉壳(1)，使密封反应器(5)内清洗后的部件在氩气保护下冷却至T4温度，T4≤100℃；

18)、打开密封反应器(5)的反应器密封盖，取出清洗后的部件，完成清洗工艺。