CN113235153A - 一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法 - Google Patents

一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，属于飞机发动机涡轮叶片积碳清洗技术领域。本发明利用超声清洗的方式去除涡轮叶片表面结合不紧密的积碳，露出部分镍合金基底，再利用电解抛光工艺，使得积碳脱落。电解抛光工艺可以氧化工件与积碳结合处的镍基合金，使得镍基合金转化为金属离子溶解在电解中，使得积碳基底与工件结合减弱，因此实现积碳去除的同时可以实现工件的表面抛光，减小工件的表面粗糙度。解决了现有技术清洗方法中清洗不完全、对工件磨损导致粗糙度变大、清洗速度慢、清洗效率低等问题。

Description

一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法
技术领域
本发明涉及一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，属于飞机发动机涡轮叶片积碳清洗技术领域。
背景技术
飞机发动机在工作过程中，由于燃料的不完全燃烧，以及航空燃料中的添加剂等无法烧成气体的成分容易在涡轮叶片上沉积，再经过高温烧结等一系列的氧化、裂解、脱氢、焦化等物理化学变化，会在涡轮叶片上形成一层牢固的积碳层。涡轮叶片表面的积碳主要的元素组成为氧、硅、铝、钙、镁、镍等。因此积碳主要为不溶和难溶的组分，要想去除十分困难。
在飞机发动机的维修过程中，积碳的存在严重影响了涡轮叶片的荧光探伤过程，不利于涡轮叶片的维护，而如果将积碳放置不管，长期积累，则会影响发动机的寿命。现有技术中去除积碳的方法有化学清洗剂清洗、超声波清洗、激光清洗、吹砂清洗、振动光饰、磁力研磨等方法去除。其中涡轮叶片积碳清洗最常用的方法为化学清洗剂清洗，最常用的清洗剂为高锰酸钾和氢氧化钠的水溶液。为了提升清洗效果，通常也会添加一些金属配位剂、表面活性剂和一些渗透能力强的有机溶剂。例如沈阳黎明航空发动机有限公司就采用三聚磷酸钠、二氯甲烷、氢氧化钠等化学药品调制出了一款效果良好的涡轮叶片清洗剂(中国发明专利，专利号CN 101768748A)。但化学试剂往往无法达到完全将积碳清洗干净的效果，如果使用更加强力的清洗剂则会导致基材腐蚀。而采用超声波清洗方式主要通过空化效应使得积碳脱落，常常和化学清洗剂清洗连用(中国发明专利，专利号CN 101768749A)，但是一些部位的积碳与涡轮叶片结合紧密，使得超声波清洗无法达到理想的效果。激光清洗技术是一种应用广泛的清洗技术。有相关文献报道了利用激光技术可以实现积碳的去除，并且经过工艺优化后，对基底材料零损伤(“材料保护”，2020，53，142-146)，但对于激光清洗技术，面临着清洗速度慢、清洗效率低的问题。吹砂清洗、振动光饰、磁力研磨的方式都是利用机械打磨的方式实现积碳的去除，这些方法一般都能将涡轮叶片的表面积碳完全去除(“机械工程师”，2015，11，67-69)。但是机械打磨的方式都会导致涡轮叶片的表面粗糙度变大，导致涡轮叶片上更加容易沉积积碳，严重时可能损伤叶片。如果使用吹砂清洗方式还可能会导致磨料进入涡轮叶片的腔体难以倒出的问题。所以本技术领域亟需一种可以克服现有清洗方案的不足，安全可靠的飞机涡轮叶片积碳的清除方法。
发明内容
本发明的目的是为解决如何克服现有清洗方案的不足，获得一种安全可靠的飞机涡轮叶片积碳的清除方法的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，包括以下步骤：
步骤1：将涡轮叶片放入超声清洗设备中，进行超声清洗；清洗效果要达到剩余部分积碳无法通过超声清洗去除，并且涡轮叶片表面裸露出部分镍基合金；
步骤2：超声清洗结束后，用清水冲洗涡轮叶片，洗净涡轮叶片表面；然后将涡轮叶片放入鼓风干燥箱中烘干；
步骤3：将涡轮叶片放入电解抛光设备中，进行电解抛光处理；
步骤4：将电解抛光处理后的涡轮叶片再次放入超声清洗设备中进行第二次超声清洗；
步骤5：第二次超声清洗结束后，将涡轮叶片清洗干净放入鼓风干燥箱中烘干。
优选地，上述步骤1中超声清洗设备中的清洗液设为水基金属清洗剂、半水基金属清洗剂或溶剂型金属清洗剂中的任意一种。
优选地，上述步骤1中超声清洗的温度设为30度-50度，清洗时间设为30min-60min。
优选地，上述步骤3中电解抛光设备设为槽式电解抛光设备或涂刷式电解抛光设备。
优选地，上述步骤3中槽式电解抛光设备中的电解液的配方设为80wt％磷酸50-70份，98wt％硫酸5-10份，铬酸10-20份；阴极采用铅电极，阴极电极面积设为阳极面积的1.5-2倍；电解抛光电流密度设为15-25mA/dm3，槽液温度控制在30-50℃，电解抛光处理时间为3-6min。
优选地，上述步骤4中第二次超声清洗的时间设为30-60min。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明首先利用超声清洗的方式去除涡轮叶片表面结合不紧密的积碳，露出部分镍合金基底，再利用电解抛光工艺，使得积碳脱落。电解抛光工艺可以氧化工件与积碳结合处的镍基合金，使得镍基合金转化为金属离子溶解在电解中，使得积碳基底与工件结合减弱，因此实现积碳去除的同时可以实现工件的表面抛光，减小工件的表面粗糙度。解决了现有技术清洗方法中清洗不完全、对工件磨损导致粗糙度变大、清洗速度慢、清洗效率低等问题。
电解抛光技术工艺方法简单，可以实现复杂结构工件的表面抛光。将超声清洗技术与电解抛光技术相结合，实现涡轮叶片表面积碳的快速清洗，在保证清洗速度的前提下，还可以实现涡轮叶片表面抛光处理，减小涡轮叶片表面粗糙度，减少涡轮叶片在使用过程中的表面积碳沉积。
本发明针对现有涡轮叶片清洗技术上的不足，提供了一种新型涡轮叶片清洗方式。在整个清洗工艺中创造性地引入了电解抛光技术，利用阳极氧化工件与积碳之间的镍基合金使得积碳脱落，同时实现涡轮叶片表面的抛光处理。本发明的方法控制简单，积碳清洗速度快，对材料损伤小，可以提高涡轮叶片表面光洁度，对镍基合金的涡轮叶片的积碳清洗领域具有重要意义。
本发明将电解抛光技术应用于涡轮叶片表面积碳清洗，利用了电解抛光工艺阳极氧化的原理，使得积碳和涡轮叶片之间的镍基被氧化溶解，进而使得积碳脱除。实现了涡轮叶片表面积碳的快速去除，提高了积碳清洗的效率和速度，防止了由于机械打磨方式导致涡轮叶片表面粗糙度增大，导致在使用过程中更加容易积碳沉积的问题。
附图说明
图1为本发明清洗过程的框图。
图2为本发明槽式电解抛光设备结构示意图。
附图标记：1.电解阳极(工件)；2.电解阴极；3.绝缘基底；4.搅拌器；5.电解槽；6.保温槽；7.电源及外电路。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
本发明提供一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，包括以下步骤：
步骤1：将涡轮叶片放入超声清洗设备中，进行超声清洗；清洗效果要达到剩余部分积碳无法通过超声清洗去除，并且涡轮叶片表面裸露出部分镍基合金；
步骤2：超声清洗结束后，用清水冲洗涡轮叶片，洗净涡轮叶片表面；然后将涡轮叶片放入鼓风干燥箱中烘干；
步骤3：将涡轮叶片放入电解抛光设备中，进行电解抛光处理；
步骤4：将电解抛光处理后的涡轮叶片再次放入超声清洗设备中进行第二次超声清洗；
步骤5：第二次超声清洗结束后，将涡轮叶片清洗干净放入鼓风干燥箱中烘干。
上述步骤1中超声清洗设备中的清洗液设为水基金属清洗剂、半水基金属清洗剂或溶剂型金属清洗剂中的任意一种。
上述步骤1中超声清洗的温度设为30度-50度，清洗时间设为30min-60min。
上述步骤3中电解抛光设备设为槽式电解抛光设备或涂刷式电解抛光设备。
上述步骤3中槽式电解抛光设备中的电解液的配方设为80wt％磷酸50-70份，98wt％硫酸5-10份，铬酸10-20份；电解阴极采用铅电极，阴极电极面积设为阳极面积的1.5-2倍；电解抛光电流密度设为15-25mA/dm3，槽液温度控制在30-50℃，电解抛光处理时间为3-6min。
上述步骤4中第二次超声清洗的时间设为30-60min。
实施例
本发明提供一种飞机发动机涡轮叶片的清洗方式，将已有的超声清洗方式与电解抛光技术相结合，采用的超声清洗设备为市场上可购买到的任意超声清洗设备。电解抛光设备可以为槽式电解抛光设备和涂刷式电解抛光设备中的任意一种。具体清洗步骤如下：
①将涡轮叶片工件放入超声清洗设备中，并让清洗剂淹没涡轮叶片，超声清洗设备中的清洗液可以为水基金属清洗剂、半水基金属清洗剂、溶剂型金属清洗剂之中的任意一种，清洗温度为30℃到50℃之间的任意温度，清洗时间为30min至1h之间，清洗效果达到剩余部分积碳无法通过超声清洗去除，并且涡轮叶片表面裸露出部分镍基合金。
②超声清洗结束后，用清水冲洗涡轮叶片，洗净涡轮叶片表面清洗剂。然后放入鼓风干燥箱中烘干。
③以槽式电解抛光设备为例，具体装置如图2所示。将配置好的电解液通过控温装置控制在指定温度。将电解阳极(工件)1连接电解池阳极并且浸没在电解液中。电解液的配方80wt％磷酸50-70份，98wt％硫酸5-10份，铬酸10-20份。电解阴极2采用铅电极，电极面积约为阳极面积的1.5-2倍。电解抛光电流密度为15-25mA/dm3，槽液温度控制在30-50℃，电解抛光处理时间为3-6min。
④电解抛光处理后的涡轮叶片再次放入超声清洗设备以相同的条件超声清洗30-60min；
⑤超声清洗后，将电解液清洗干净后放入鼓风干燥箱中烘干。
如图1所示，本发明提供的清洗方法的清洗步骤主要有五个，分别为超声清洗、冲洗干燥、电解抛光、超声清洗和冲洗干燥。本方法的核心步骤为电解抛光，主要作用为清洗与涡轮叶片结合紧密的积碳。前后两步超声清洗的作用各不相同，第一步超声清洗是为了除去与涡轮叶片结合不紧密的积碳，而第二步超声清洗则是为了清洗掉残余积碳和电解液。
如图2所示，为本发明槽式电解抛光设备结构示意图，包括电解阳极(工件)1、电解阴极2、绝缘基底3、搅拌器4、电解槽5、保温槽6和电源及外电路7。电解阳极1为工件放置处，并且与外电路7正极连通。阴极2为铅电极，电解槽5内装有电解液，电解液淹没阳极1和阴极2。绝缘基底3隔绝铅阴极2与电解槽5壁面的接触。控温采用外部循环水热，通过保温槽6中加入一定温度的热水使得电解槽5内电解液保温；搅拌器4用于搅拌。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将涡轮叶片放入超声清洗设备中，进行超声清洗；清洗效果要达到剩余部分积碳无法通过超声清洗去除，并且涡轮叶片表面裸露出部分镍基合金；
步骤2：超声清洗结束后，用清水冲洗涡轮叶片，洗净涡轮叶片表面；然后将涡轮叶片放入鼓风干燥箱中烘干；
步骤3：将涡轮叶片放入电解抛光设备中，进行电解抛光处理；
步骤4：将电解抛光处理后的涡轮叶片再次放入超声清洗设备中进行第二次超声清洗；
步骤5：第二次超声清洗结束后，将涡轮叶片清洗干净放入鼓风干燥箱中烘干。
2.如权利要求1所述的一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：所述步骤1中超声清洗设备中的清洗液设为水基金属清洗剂、半水基金属清洗剂或溶剂型金属清洗剂中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：所述步骤1中超声清洗的温度设为30度-50度，清洗时间设为30min-60min。
4.如权利要求1所述的一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：所述步骤3中电解抛光设备设为槽式电解抛光设备或涂刷式电解抛光设备。
5.如权利要求4所述的一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：所述步骤3中槽式电解抛光设备中的电解液的配方设为80wt％磷酸50-70份，98wt％硫酸5-10份，铬酸10-20份；阴极采用铅电极，阴极电极面积设为阳极面积的1.5-2倍；电解抛光电流密度设为15-25mA/dm3，槽液温度控制在30-50℃，电解抛光处理时间为3-6min。
6.如权利要求1所述的一种电解除飞机涡轮叶片积碳的方法，其特征在于：所述步骤4中第二次超声清洗的时间设为30-60min。
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