CN1110580C - 航空发动机钢制叶片多次低温渗铝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种发动机钢制工作叶片多次低温渗铝，且能保护其疲劳强度的方法，用提供的配方制备清洗液，对清除了渗铝层的叶片再次低温渗铝。由于采用的低温渗铝的工艺采取了预抽真空，阶梯保温的技术手段，使发动机钢制叶片的疲劳强度经低温渗铝后下降幅度大大减小，从而可反复采用清除—渗铝—再清除—再渗铝的工艺步骤。

Description

航空发动机钢制叶片多次低温渗铝工艺

技术领域：

本发明涉及一种航空发动机钢制叶片多次低温渗铝工艺。

背景技术：

为了提高航空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，人们采用了对钢制叶片的低温渗铝+硅酸盐面层复合涂层工艺。这一措施仅仅解决了首翻期内叶片的抗腐蚀问题。发动机不经翻修只能使用一个翻修时限，要可靠地使用到规定的总寿命，必须进行多次翻修。但是，由于低温渗铝会降低叶片疲劳强度，经国内外研究得出的结论是经过第一次低温渗铝，叶片疲劳强度下降约8％。这是一个很大的下降幅度，按任何一种递增规律计算，叶片要进行多次低温渗铝，其疲劳强度的下降将导致叶片无法再继续使用。

发明内容：

本发明的任务是研究并按照多次渗铝与叶片疲劳强度的变化关系规律，尽量减小疲劳强度的下降幅度，提出一种切实可行的航空发动机钢制叶片多次低温渗铝方法。

本发明的化学去除工艺和新型低温渗铝工艺的配合使用实现了对叶片进行多次重复低温渗铝，达到叶片进行多次重复使用的目的，其特征如下：

一、先将经过n(n为1～4的正整数)次低温渗铝的钢制叶片用化学方法去除渗铝层：

(1)配制化学清洗液，配方(按重量份)如下：

氢氧化钠(或氢氧化钾)            30～200

硝酸钠(或硝酸钾)                20～100

高锰酸钾                        10～60

草酸钠或柠檬酸钠                1～20

水                              620～939

(2)配制方法：

按配方选择各化学药品的份量，在容器中加入500份的水，再加入有机酸盐类，待其溶解后加入氢氧化钠或氢氧化钾进行搅拌，溶解、搅拌均匀后趁热加入硝酸钠或硝酸钾，待溶液冷却至室温后加入高锰酸钾，搅拌均匀，最后加水至总重量为1000份。

(3)去除渗铝层的操作方法：

在一可加热(配热蒸汽管或电加热管)并带抽风系统的钢槽内配制足够多的溶液，将其加热至80～100℃，用不锈钢筐装入带渗铝层的叶片，将其完全浸入热溶液中，保持5～10分钟，吊出，直接浸入自来水中清洗，然后用60℃以上的热水冲洗即可。

二、对去除了渗铝层的钢制叶片进行低温渗铝，具体操作如下：

(1)将待渗铝的发动机钢制叶片置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

(2)对已抽真空至-0.09MPa的渗铝炉充入氩气，充入氩气压力保持在0～0.01MPa至渗铝结束；

(3)给渗铝炉升温，当炉温升至150℃±10℃时，打开渗铝炉排气阀进行排气；

(4)将渗铝炉温度继续升至350℃±10℃，保温1～1.5小时；

(5)将渗铝炉温度升至520℃±10℃，保温8-11小时；

(6)在渗铝炉自然冷却至室温后叶片出炉；

(7)在渗铝层表面被覆一层改性硅酸盐，厚度为2～6μm，即完成第n+1次的低温渗铝处理。

为了进一步清除残留于叶片表面的反应产物和清除残留的渗铝层，又要求避免使用强酸，本发明还提供了阳极除膜方法，其具体方法如下：

一、配制阳极除膜液

(一)除膜液配方(按重量份)：

氢氧化钠(或氢氧化钾)       10～60

硝酸钠(或硝酸钾)           5～30

三聚磷酸钠                 10～20

水                         820～975

(二)配制方法：

先在500份的水中加入三聚磷酸钠，溶解后再分别加入其它两种物质(可不分先后)，加足水至总重量为1000份，溶解均匀后即得阳极除膜液。

二、阳极除膜操作方法：

在直流恒电压12V，阳极直流电源3～6A/dm2的条件下，将叶片接在阳极上，阴极用不锈钢板，叶片与不锈钢板的面积比为1∶1，将溶液加热到40-60℃，将叶片完全浸入除膜液中1～3分钟，提出后在60℃以上的热水中冲干净，压缩空气吹干，即完成阳极除膜。

本发明通过大量工作，成功地研究并确定了多次低温渗铝与叶片疲劳强度下降之间的变化规律，通过设计的新型低温渗铝及化学法去除复合涂层工艺，实现了在控制、保证叶片疲劳强度前提下的多次重复低温渗铝，达到了对叶片进行多次重复使用的目的，为国家节约了巨额资金。

具体实施方式：

例1：

一、将已经过一次低温渗铝的发动机钢制叶片用化学清洗液去除渗铝复合涂层。

(1)配制化学清洗液：

在足够大的不锈钢容器中注入250kg自来水，将2.0kg草酸钠加进不锈钢容器中，待其溶解后，加入15kg氢氧化钠进行搅拌，待其溶解并搅拌均匀后趁热加入硝酸钠10kg，待溶液冷却至室温后加入高锰酸钾5kg，搅拌均匀，再加入218kg水，即得到渗铝复合层清洗液500kg。

(2)将上述重量和成份的清洗液置于用蒸汽管加热并具有抽风系统的A3钢槽内，并将待清除渗铝层的钢制工作叶片装入一不锈钢筐中，没入清洗液中5分钟，将筐吊出并浸入自来水中冲洗，再用60℃的热水冲洗即达到去除渗铝层的目的。

二、为了清除渗铝复合涂层更彻底，可在上述清洗工艺之外，增加一道阳极除膜工艺，步骤如下：

(1)配制阳极除膜液：

取50kg的水置入容器，加入三聚磷酸钠2kg，溶解后再分别加入氢氧化钠(或氢氧化钾)6kg和硝酸钠(或硝酸钾)2kg，再加40kg水，溶解均匀后备用。

(2)阳极除膜操作：

在一恒电压为12V，阳极直流电流3-6A/dm2的条件下将叶片接在阳极上，阴极用不锈钢板，不锈钢板与叶片面积之比为1∶1。将阳极除膜液加热到50℃，将叶片浸泡在溶液中1～3分钟，取出后在60℃以上的热水中冲洗干净，并用压缩空气吹干，即完成阳极除膜，使叶片上的渗铝去除得更彻底，以使后面的渗铝效果更佳。

三、将去除了渗铝层的钢制叶片进行低温渗铝，具体操作如下：

(1)将待渗铝的钢制叶片置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

(2)对已抽真空到-0.09MPa的渗铝炉充入氩气，保持氩气压为0.01MPa至渗铝结束；

(3)给渗铝炉升温，至150℃时，打开渗铝炉排气阀，排除反应气体；

(4)使渗铝炉继续升温，至350℃±10℃时，保温1小时；

(5)使渗铝炉继续升温至520℃±10℃时，并保温8小时；

(6)使渗铝炉冷却至室温即20℃后，将叶片取出；

(7)在钢制叶片的渗铝层表面喷涂一层厚度为2.5μm的改性硅酸盐，即完成了第二次的低温渗铝过程。

例2：

一、将已经过三次低温渗铝的发动机钢制叶片用化学清洗液去除。

(1)配制化学清洗液：

在足够大的不锈钢溶器中注入250kg自来水，将8kg柠檬酸钠加进不锈钢容器中，待其溶解后，加入100kg氢氧化钾进行搅拌，待其溶解并搅拌均匀后趁热加入硝酸钾50kg，待溶液冷却至室温后加入高锰酸钾20kg，搅拌均匀，再加入72kg自来水，即得到渗铝复合层清洗液500kg。

(2)将上述重量和成份的清洗液置于用电加热管加热并具有抽风系统的A3钢槽内，并将待清除渗铝后的钢制工作叶片装入一不锈钢筐中，没入清洗液中8分钟，将不锈钢筐吊出并浸入自来水中冲洗，再用80℃的热水冲洗即达到去除渗铝层的目的。

二、将去除了渗铝层的钢制叶片进行低温渗铝，具体操作如下：

(1)将待渗铝的钢制叶片置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

(2)对已抽真空至-0.09MPa的渗铝炉充入气压为0.01MPa的氩气至渗铝结束；

(3)给渗铝炉升温，当150℃±10℃时，打开渗铝炉排气阀，排除反应气体；

(4)使渗铝炉继续升温，至350℃±10℃时，保温1～1.5小时；

(5)使渗铝炉继续升温，至520℃±10℃，并保温10小时；

(6)使渗铝炉冷却至室温时将叶片取出；

(7)在钢制工作叶片的渗铝层表面喷涂一层厚度为4μm的改性硅酸盐，即完成第四次低温渗铝工艺。

Claims (2)

1、航空发动机钢制叶片多次低温渗铝工艺，其特征在于：

一、先将经过n次低温渗铝的钢制叶片，n为1～12的正整数，用化学方法去除渗铝层：

(1)配制化学清洗液，配方按重量份如下：

氢氧化钠或氢氧化钾            30～200

硝酸钠或硝酸钾                20～100

高锰酸钾                      10～60

草酸钠或柠檬酸钠              1～20

水                            620～939

(2)配制方法：

按配方选择各化学药品的重量，在容器中加入500份的水，再加入草酸钠或柠檬酸钠，待其溶解后加入氢氧化钠或氢氧化钾进行搅拌，溶解、搅拌均匀后趁热加入硝酸钠，待溶液冷却至室温后加入高锰酸钾，搅拌均匀，最后加水至总量1000份；

(3)去除渗铝层的操作方法：

在一可用热蒸汽管或电加热管加热，并带抽风系统的钢槽内配制足够多的溶液，将其加热至80～100℃，用不锈钢筐装入带渗铝层的叶片，并将其完全浸入热溶液中，保持5～10分钟，吊出，直接浸入自来水中冲洗，然后用60℃以上的热水冲洗即可；

二、对去除了渗铝层的钢制叶片进行低温渗铝，具体操作如下：

(1)将待渗铝的发动机钢制叶片置于用于包装渗铝粉末和零件的金属容器中，并将该金属容器置于渗铝炉内，抽真空至-0.09MPa；

(2)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；

(3)给渗铝炉升温，当炉温升至150℃±10℃时，打开渗铝炉排气阀进行排气；

(4)将渗铝炉温度继续升至350℃±10℃，保温1～1.5小时；

(5)将渗铝炉温度升至520℃±10℃，保温8-11小时；

(6)在渗铝炉自然冷却至室温后叶片出炉；

(7)在渗铝层表面覆盖一层改性硅酸盐，厚度为2～6μm，即完成第n+1次的正整数的低温渗铝工艺，n为1～12，下同。

2、如权利要求1所述的航空发动机钢制叶片多次低温渗铝工艺，其特征在于对经过n次低温渗铝的钢制叶片用化学清洗液去除该铝层及表面改性硅酸盐后，再用阳极除膜液对叶片表面进行清洗，去除残留于叶片表面的化学反应物，阳极除膜液的配制与使用如下：

一、阳极除膜液配方按重量份：

氢氧化钠或氢氧化钾           10～60

硝酸钠或硝酸钾               5～30

三聚磷酸钠                   10～20

水                           820～975

二、制作方法：

先在500份的水中按配方加入三聚磷酸钠，溶解后再分别加入硝酸钠或硝酸钾和氢氧化钠或氢氧化钾，加足水至总量1000份，溶解均匀后备用；

三、除膜操作方法：

在一直流恒电压12V，阳极电流为3～6A/dm2的条件下，将叶片接在阳极上，阴极用不锈钢板，叶片与不锈钢板面积比为1∶1；除膜液加热至40～60℃，将叶片浸入除膜液中浸泡1～3分钟之后，将叶片取出槽外，用60℃以上的热水冲洗干净，压缩空气吹干即可。