CN1105789C - 航空发动机钢制叶片低温渗铝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明工艺采用预抽真空与阶梯保温相结合，渗铝炉先在350℃时保温1～1.5小时，继而在520℃再保温8～11小时，从而避免了叶片因长时间加温而导致其强度的大幅度降低，为航空发动机压气机钢制叶片多次翻修提供了一条切实可行的途径。

Description

航空发动机钢制叶片低温渗铝工艺

本发明涉及一种航空发动机钢制叶片渗铝工艺。

为了提高发动机钢制叶片的防腐蚀性能，延长发动机首次翻修间隔时间，国内发动机制造厂从1985年起，在发动机压气机钢制工作叶片上实行低温渗铝，并在钢制叶片上涂覆一层硅酸盐面层复合涂层，并逐步在新型发动机上加以采用。作为复合涂层最重要的组成部分的渗铝层，由于其电极电位较基材金属低，在腐蚀发生时会通过电化学机理将自己贡献给腐蚀，从而为基材金属提供牺牲性保护。渗铝层深度越深，对基材提供的牺牲性保护时间越长，而渗铝层铝浓度越高，其电极电位越低，牺牲性越大。为此，渗铝层深度和铝浓度是影响复合涂层防腐性能的主要因素。

发动机钢制叶片在设计时规定，渗铝层深度为0.005～0.020mm时防腐性能最佳，应尽量达到上限深度。然而，无论是美国的A12涂层(低温渗铝+硅酸盐面层)还是与之类似的国内的复合涂层，要达到0.005～0.020mm的渗铝层深度，在工艺上均存在很大困难。美国的A12涂层渗铝时要在425～550℃保温36小时，国内其它厂的复合涂层有的采用520℃渗铝，无论怎样延长保温时间，也只能达到设计规定的下限渗铝层深度。为此，有的工艺便采用非常接近基体回火温度的渗铝温度。研究指示，要得到相同的渗铝深度，在540℃时需要保温8～12小时，而在520℃则要保温20～24小时。实验证明，要达到平均深度为0.0103mm的渗层，需要的平均加热温度为541.43℃，保温时间平均为9小时45分。由此可见，降低渗铝温度是众多研究和制造发动机钢制工作叶片单位的共同愿望。

鉴于发动机钢制叶片渗铝工艺存在的现状，本发明的目的是研究一种对发动机钢制叶片进行低温渗铝的优化工艺，以延长发动机钢制叶片翻修间隔时间，提高钢制叶片的防腐蚀性能，延长钢制叶片的使用寿命。

本发明提出的航空发动机钢制叶片低温渗铝工艺，其操作步骤特征如下：

一、将航空发动机钢制叶片放入包装渗铝剂粉末和渗铝零件的金属容器，行业中称为渗包，并将渗包置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

二、对已抽真空至-0.09MPa的渗铝炉充入氩气，并保持0～0.01MPa的氩气压力至渗铝结束；

三、给渗铝炉升温，当炉温升到150℃±10℃时，打开渗铝炉排气阀进行排气；

四、将渗铝炉温度继续升至350℃±10℃，保温1～1.5小时；

五、再将炉温升至520℃±10℃，保温8～11小时；

六、使渗包自然冷却至室温后出炉。

本发明研究了国内外渗铝工艺，并对渗铝工艺进行了改进，将渗铝炉预抽真空，再回填氩气，并保持一定的氩气流量，在升温过程中，炉温不是直接升到最终的渗铝温度，而是在某一温度保温一定时间，然后再升温到最终的渗铝温度。其工艺设计原理如下：

由于渗铝剂由铝粉加一定比例的卤盐组成，渗铝时将发生如下反应：

其中，M表示金属元素，X表示卤素，在加热过程中，卤盐分解并与铝发生反应，生成气态铝的卤化物，再与叶片表面金属发生反应，生成活性铝原子附着在叶片表面并向纵深渗入。预抽真空可对叶片表面和渗铝剂表面进行清理，使叶片表面非常清洁，有利于铝原子向内扩散；卤盐有其最佳分解温度，渗铝工艺中即在卤盐分解的最佳温度保温一定时间，可使化学反应充分，从而最大限度地增加铝原子在基体金属表面的浓度，形成较大的浓度梯度，增加渗速；回填氩气，使渗铝炉中除了渗铝本身所需要的反应外全无其它反应，保证了反应的纯度和实际增加了反应时间。上述措施的采用，使在520℃、保温20～24小时的条件下才能达到的渗铝层深度，在本工艺中只需要8-10小时即可达到，大大缩短了保温时间，从而大大减轻了长时间保温对发动机钢制叶片的常规机械性能即抗疲劳强度带来的损害，大大延长了发动机钢制叶片的使用寿命。

下面给出实施例：

例1：

按照如下步骤操作：

一、将航空发动机钢制工作叶片放入渗铝炉，抽真空至-0.09MPa；

二、对已抽真空的渗铝炉充入氩气，气压0.01MPa；

三、给渗铝炉升温。当炉温升到150℃时，打开排气阀排气，同时继续充入压力为0.01MPa的氩气，继续加温；

四、将渗铝炉温度升至350℃±10℃时，保温1小时；

五、使渗铝炉继续升温，至520℃±10℃，保温8小时，同时继续充入氩气4小时，压力为0.01MPa；

六、达到保温时间后停止加温，令渗包自然冷却至室温后将叶片出炉，低温渗铝完毕。

例2：

一、将钢制叶片放入渗铝炉，抽真空至-0.09MPa；

二、对已抽真空渗铝炉充入0.005MPa的氩气至渗铝结束；

三、使渗铝炉升温，达到150℃时，打开排气阀排气；

四、当炉温升至350℃±5℃时，保温1.2小时；

五、保温时间到后继续升温，使炉温达到520℃±5℃，保温10小时；

六、达到保温时间后停止加温，令渗包自然冷却至室温后将叶片出炉，低温渗铝结束。

例3：

与例1相异之处在于第四步保温1.5小时，第五步保温11小时，其余均相同。

Claims (1)

1、航空发动机钢制叶片低温渗铝工艺，其操作步骤特征如下：

一、将航空发动机钢制叶片放入包装渗铝剂粉末和渗铝零件的金属容器中，并将其置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

二、对已抽真空至-0.09MPa的渗铝炉充入氩气，并保持0～0.01MPa的氩气压力至渗铝结束；

三、给渗铝炉升温，当炉温升到150℃±10℃时，打开渗铝炉排气阀进行排气；

四、将渗铝炉温度继续升至350℃±10℃，保温1～1.5小时；

五、再将炉温升至520℃±10℃，保温8～11小时；

六、使渗铝炉自然冷却至室温后叶片出炉，低温渗铝完毕。