CN114134446B - 一种fgh96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是解决FGH96粉末高温合金零件的尺寸修复问题，提供一种该类材质零件超差部位的前处理及尺寸修复方法。针对FGH96粉末高温合金零件，进行零件的尺寸测量分析、零件喷丸层的精密车加工去除、喷涂前低应力吹砂处理、喷涂前零件氮气冷却处理、NiCrFeMo涂层喷涂过程中零件低温氮气冷却，研制出的低应力NiCrFeMo涂层满足先进航空发动机用FGH96粉末高温合金的尺寸修复需求，具有较高生产效率和较低的制备成本。该方法制备的涂层具有良好的结合强度，涂层与FGH96粉末高温合金材料基体有良好的匹配性，可实现在航空发动机中的长寿命和高可靠性应用。

Description

一种FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种针对FGH96粉末合金零件尺寸超差部位的前处理及修复方法。

背景技术

FGH96粉末高温合金零件是航空发动机高涡转子部位的重要部件，零件工作过程高速旋转并承受着高温，粉末冶金盘价格昂贵，零件一旦出现超差可能面临着报废的风险，因此该类合金零件的尺寸修复经济效益非常大，在航空领域的需求也很广泛。

发明内容

本发明的目的是解决FGH96粉末高温合金零件的尺寸修复问题，提供一种该类材质零件超差部位的前处理及尺寸修复方法。该方法可以有效修复FGH96粉末高温合金零件止口，并且不降低零件的疲劳性能，通过尺寸修复技术可以有效降低航空发动机高涡部件的报废率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法，其特征在于：对FGH96合金零件尺寸超差部位进行前处理，并在该处采用等离子喷涂工艺制备NiCrFeMo涂层。

具体的，本发明所述方法的工艺流程为：针对FGH96粉末高温合金零件，进行零件的尺寸测量分析、零件喷丸层的精密车加工去除、喷涂前低应力吹砂处理、喷涂前零件低温氮气冷却处理、NiCrFeMo涂层喷涂过程中零件低温氮气冷却，NiCrFeMo涂层的等离子喷涂，

本发明制备所得低应力NiCrFeMo涂层满足先进航空发动机FGH96粉末高温合金的尺寸修复需求，具有较高生产效率和较低的制备成本。该方法制备的涂层具有良好的结合强度，涂层与FGH96粉末高温合金材料基体有良好的匹配性，可实现在航空发动机中的长寿命和高可靠性应用。

其中：

所述零件喷丸层的精密车加工去除深度为0.05-0.10mm，该厚度范围可以保证有效去除喷丸层，并最小限度降低基体强度。去除喷丸层后再进行等离子喷涂可以避免零件表面晶粒长大，以防降低零件基体的力学性能。

所述喷涂前低应力吹砂处理为采用20#白刚玉砂，在风压0.10-0.15MPa、距离20-30mm的条件下进行，处理完成后的FGH96合金零件表面粗糙度为Ra1.3～Ra2.0，该范围既可以保证后续涂层具有较高的结合力，同时对FGH96零件表面破坏最小，从而保证FGH96零件的疲劳强度不下降。FGH96粉末合金盘缺口敏感性大，零件表面粗糙度增加会导致其疲劳性能下降。

所述喷涂前零件低温氮气冷却处理为在零件周向设置低温氮气冷却束流，低温氮气冷却束流为2束，2束冷却束流与等离子喷枪围绕零件三点均匀布置，冷却气流的喷嘴直径为8mm，压力为0.2-0.4MP，通过低温氮气使零件温度降至0℃以下。

所述NiCrFeMo涂层由NiCrFeMo粉末经等离子喷涂的方法制备，所述NiCrFeMo粉末中各元素含量为质量百分比：Ni 52.5％，Cr19％，Fe19％，Mo3％，余量为其他合金化元素及不可避免杂质；所述NiCrFeMo粉末粒度范围：-120目/+325目；所述NiCrFeMo涂层厚度为0.10-0.50mm。

所述的等离子喷涂参数为：电流800-900A，氩气流量为150-180scfh，氦气流量为100-120scfh，喷涂距离为120-140mm，喷涂角度为75-90°，表面速率为400-500mm/s，喷涂过程中保证零件温度在0℃以下。

所述的NiCrFeMo涂层喷涂方法，是一种高能量、高功率、高速气流的等离子喷涂工艺方法。该方法使得NiCrFeMo粉末处于高温熔融液滴状态，液滴高速撞击至经过低温氮气处理的低温零件表面，迅速凝固形成尺寸修复涂层。

本发明所述FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1)，零件喷丸层去除：

对FGH96零件待修复部位的喷丸层进行车加工，去除深度为0.05-0.10mm；

步骤2)，零件喷除油除污：

对零件进行除油除污处理，采用酒精浸洗，脱脂棉擦拭的方法，保证零件表面无油污；

步骤3)，低应力干吹砂：

采用20#白刚玉砂，在风压0.10-0.15MPa、距离20-30mm下进行干吹砂处理，使得FGH96零件经处理后表面粗糙度达到Ra1.3～Ra2.0；

步骤4)，低温氮气冷却处理：

采用金属工装对零件非喷涂区域进行保护，随后将零件放置在转台上，在零件周向设置2束低温氮气冷却束流，2束冷却束流与等离子喷枪围绕零件三点均匀布置，冷却气流的喷嘴直径为8mm，压力为0.2-0.4MP，此时等离子喷枪不启动，启动转台使得零件以40-80转/分钟的角速度旋转，启动2束低温氮气冷却束流，通过低温氮气的冷却使零件温度降至0℃以下；

步骤5)，NiCrFeMo涂层制备：

在FGH96零件表面，采用等离子喷涂方法喷涂NiCrFeMo粉末，喷涂厚度为0.10-0.50mm，所述的等离子喷涂参数为：电流800-900A，氩气流量为150-180scfh，氦气流量为100-120scfh，喷涂距离为120-140mm，喷涂角度为75-90°，表面速率为400-500mm/s，喷涂过程中低温氮气冷却束仍要不断对零件进行冷却，保证零件温度在0℃以下；

步骤6)，喷涂结束后，对试样或零件进行清理，将零件从转台上取下，拆除零件保护工装。

采用本发明所述方法修复所得零件结合力可以达到60MPa以上。

采用本发明所述方法在FGH96材质的拉伸试棒表面喷涂NiCrFeMo涂层后，其650℃抗拉强度仍可以达到1480MPa以上，且通过观察拉伸试棒断口，可以发现涂层仍附着在FGH96材质的拉伸试棒表面，该方法制备的涂层与FGH96基体之间具有较好的附着力，且整个工艺过程对FGH96基体650℃抗拉强度影响较小。

采用本发明所述方法在FGH96材质的拉伸试棒表面喷涂NiCrFeMo涂层后，其750℃抗拉强度仍可以达到1050MPa以上，且通过观察拉伸试棒断口，可以发现涂层仍附着在FGH96材质的拉伸试棒表面，该方法制备的涂层与FGH96基体之间具有较好的附着力，且整个工艺过程对FGH96基体750℃抗拉强度影响较小。

采用本发明所述方法在FGH96材质的疲劳试棒表面喷涂NiCrFeMo涂层后，其650℃低周疲劳仍可以达到10000周未断，且通过观察拉伸试棒断口，可以发现涂层仍附着在FGH96材质的疲劳试棒表面，该方法制备的涂层与FGH96基体之间具有较好的附着力，且整个工艺过程对FGH96基体的疲劳性能影响较小。

采用本发明所述方法在FGH96材质的金相试样表面制备NiCrFeMo涂层，观察显微组织照片可以发现，该方法制备的NiCrFeMo涂层对FGH96基体显微组织没有影响。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供针对FGH96粉末高温合金的尺寸修复方法，可以有效修复FGH96粉末高温合金零件止口，并且不降低FGH96基体抗拉强度、疲劳性能。

(2)本发明制备的NiCrFeMo尺寸修复涂层，拉伸结合强度可以达到60MPa以上，且NiCrFeMo涂层与FGH96基体附着力较好，FGH96材质的拉伸试棒喷涂方法制备的NiCrFeMo涂层在650℃及750℃抗拉强度拉伸试棒断口，均可以发现涂层仍附着在FGH96材质的拉伸试棒表面。

(3)本发明提供针对FGH96粉末高温合金的尺寸修复方法，通过尺寸修复技术可以有效降低航空发动机高涡部件的报废率，降低航空发动机的制造成本，具有较高的经济效益。

(4)本发明提供针对FGH96粉末高温合金的尺寸修复方法，工艺流程简单、质量可靠、生产效率高、适合批量生产，可以广泛用于军用和民用航空发动机FGH96粉末高温合金零件的尺寸修复，具有非常广阔的市场前景。

附图说明

图1为实施例1在FGH96粉末高温合金表面制备的NiCrFeMo涂层金相图(a、带涂层位置，b、无涂层位置)。

图2为实施例1在FGH96粉末高温合金试棒表面制备的NiCrFeMo涂层650℃拉伸试棒断口。

图3为实施例1在FGH96粉末高温合金试棒表面制备的NiCrFeMo涂层750℃拉伸试棒断口。

图4为对比例2在FGH96粉末高温合金试棒表面制备的NiCrAlY涂层金相图(a、带涂层位置，b、无涂层位置)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例中：

NiCrFeMo粉末中各成分及质量百分比为Ni52.5％,Cr19％,Fe19％，Mo3％，余量为其他合金化元素及不可避免杂质，NiCrFeMo粉末粒度范围：-120目/+325目。；

采用的等离子喷枪型号为Prxair-SG100；送粉器型号为Prxair-1264。

实施例1

FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法，包括以下步骤：

步骤1)，零件喷丸层去除：

对FGH96零件待修复部位的喷丸层进行车加工，去除深度为0.07mm。

步骤2)，零件喷除油除污：

对零件进行除油除污处理，采用酒精浸洗，脱脂棉擦拭的方法，保证零件表面无油污。

步骤3)，低应力干吹砂：

针对FGH96零件，采用20#白刚玉砂，在风压0.10MPa、距离20mm干吹砂处理，使得FGH96零件经处理后表面粗糙度达到Ra1.3。

步骤4)，低温氮气冷却处理：

采用金属工装对零件非喷涂区域进行保护，随后将零件放置在转台上，在零件周向设置低温氮气冷却束流，低温氮气冷却束流为2束，2束冷却束流与等离子喷枪围绕零件三点均匀布置，冷却气流的喷嘴直径为8mm，压力为0.3MP。此时等离子喷枪不启动，启动转台使得零件以50转/分钟的角速度旋转，启动2束低温氮气冷却束流，通过低温氮气的冷却使零件温度降至0℃以下。

步骤5)，NiCrFeMo涂层制备：

在FGH96零件表面，采用等离子喷涂方法喷涂NiCrFeMo粉末，喷涂厚度为0.20mm，所述的等离子喷涂参数为：电流850A，氩气流量为160scfh，氦气流量为110scfh，喷涂距离为130mm，喷涂角度为90°，表面速率为450mm/s，喷涂过程中低温氮气冷却束仍要不断对零件进行冷却，保证零件温度在0℃以下；

步骤6)，喷涂结束后，对试样或零件进行清理，将零件从转台上取下，拆除零件保护工装。

图1为在FGH96粉末高温合金表面制备的NiCrFeMo涂层金相图。

图2为在FGH96粉末高温合金试棒表面制备的NiCrFeMo涂层650℃拉伸试棒断口，可以发现涂层仍附着在FGH96材质的拉伸试棒表面。

图3为在FGH96粉末高温合金试棒表面制备的NiCrFeMo涂层750℃拉伸试棒断口，可以发现涂层仍附着在FGH96材质的拉伸试棒表面。

实施例2

FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法，包括以下步骤：

步骤1)，零件喷丸层去除：

对FGH96零件待修复部位的喷丸层的进行车加工，去除深度为0.10mm。

步骤2)，零件喷除油除污：

对零部进行除油除污处理，采用酒精浸洗，脱脂棉擦拭的方法，保证零件表面无油污。

步骤3)，低应力干吹砂：

针对FGH96零件，采用20#白刚玉砂，在风压0.15MPa、距离30mm干吹砂处理，使得FGH96零件经处理后表面粗糙度达到Ra1.6。

步骤4)，低温氮气冷却处理：

采用金属工装对零件非喷涂区域进行保护，随后将零件放置在转台上，在零件周向设置低温氮气冷却束流，低温氮气冷却束流为2束，2束冷却束流与等离子喷枪围绕零件三点均匀布置，冷却气流的喷嘴直径为8mm，压力为0.35MP。此时等离子喷枪不启动，启动转台使得零件以70转/分钟的角速度旋转，启动2束低温氮气冷却束流，通过低温氮气的冷却使零件温度降至0℃以下。

步骤5)，NiCrFeMo涂层制备：

在FGH96零件表面，采用等离子喷涂方法喷涂NiCrFeMo粉末，喷涂厚度为0.20mm，所述的等离子喷涂参数为：电流830A，氩气流量为170scfh，氦气流量为100scfh，喷涂距离为125mm，喷涂角度为90°，表面速率为500mm/s，喷涂过程中低温氮气冷却束仍要不断对零件进行冷却，保证零件温度在0℃以下；

步骤6)，喷涂结束后，对试样或零件进行清理，将零件从转台上取下，拆除零件保护工装。

对比例1

与实施例1的不同之处在于未去除零件喷丸层，修复后的零件力学性能见表2所示。

对比例2

采用超音速火焰喷涂工艺在FGH96零件表面制备NiCrAlY涂层，分两组喷涂前进行喷丸处理和未进行喷丸处理(或去掉喷丸层)，制备工艺参数如表1所示，修复后的零件力学性能见表2所示，涂层显微组织如图4所示。

表1超音速火焰喷涂NiCrAlY涂层工艺参数

表2FGH96材料力学性能测试结果

从表2中测试结果可以看出，与空白试样相比，采用实施例1等离子喷涂NiCrFeMo涂层对FGH96基体力学性能影响小，特别是低周疲劳性能均经过10000周次疲劳实验未断裂。

从图4显微组织照片可观察到，超音速火焰喷涂区域与非超音速火焰喷涂区域显微组织有明显差异，超音速火焰喷涂区域靠近涂层的基体晶粒有长大现象。从图1显微组织照片可观察到，本发明等离子喷涂NiCrFeMo涂层对FGH96基体显微组织没有影响。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种FGH96合金尺寸超差部位的前处理及修复方法，其特征在于，

具体步骤如下：

步骤1)，零件喷丸层去除：

对FGH96零件待修复部位的喷丸层进行车加工，去除深度为0.05-0.10mm；

步骤2)，零件喷除油除污：

对零件进行除油除污处理，采用酒精浸洗，脱脂棉擦拭的方法，保证零件表面无油污；

步骤3)，低应力干吹砂：

采用20#白刚玉砂，在风压0.10-0.15MPa、距离20-30mm下进行干吹砂处理，使得FGH96零件经处理后表面粗糙度达到Ra1.3～Ra2.0；

步骤4)，低温氮气冷却处理：

采用金属工装对零件非喷涂区域进行保护，随后将零件放置在转台上，在零件周向设置2束低温氮气冷却束流，2束冷却束流与等离子喷枪围绕零件三点均匀布置，冷却气流的喷嘴直径为8mm，压力为0.2-0.4MP，此时等离子喷枪不启动，启动转台使得零件以40-80转/分钟的角速度旋转，启动2束低温氮气冷却束流，通过低温氮气的冷却使零件温度降至0℃以下；

步骤5)，NiCrFeMo涂层制备：

在FGH96零件表面，采用等离子喷涂方法喷涂NiCrFeMo粉末，喷涂厚度为0.10-0.50mm，所述的等离子喷涂参数为：电流800-900A，氩气流量为150-180scfh，氦气流量为100-120scfh，喷涂距离为120-140mm，喷涂角度为75-90°，表面速率为400-500mm/s，喷涂过程中低温氮气冷却束仍要不断对零件进行冷却，保证零件温度在0℃以下；

步骤6)，喷涂结束后，对试样或零件进行清理，将零件从转台上取下，拆除零件保护工装；

修复后所得零件NiCrFeMo涂层650℃抗拉强度在1480MPa以上，750℃抗拉强度在1050MPa以上；650℃低周疲劳性能经过10000周未断裂。