CN114351082B - 镍基高温合金局部料浆渗铝工艺及料浆渗剂 - Google Patents
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Abstract
镍基高温合金局部料浆渗铝工艺及料浆渗剂，该渗铝工艺包括以下步骤：配制具有导电性能的料浆渗剂，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后干燥，在惰性气氛下对工件的待渗铝位置进行局部感应加热，真空热扩散后在工件表面形成铝渗层。本发明的料浆渗铝工艺无需封闭式渗铝炉，通过直通氩气形成局部惰性气氛环境，最大化减少设备成本，同时，能够分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力，解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型镍基高温合金工件时，工件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致工件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及镍基高温合金表面处理技术领域，具体涉及一种料浆渗剂、以及应用该料浆渗剂的镍基高温合金局部料浆渗铝工艺。
背景技术
渗铝防护层是超高温环境下使用最广泛、最成熟的涂层之一，其主要原理为通过扩散原理将活性铝扩散进合金基材，形成一定厚度的富Al相渗层；高温环境下时，富Al相可以生成致密的α-氧化铝，从而阻挡合金基材被进一步腐蚀，形成保护作用。目前，规模化生产中常用的渗铝方法有气相渗铝、包埋渗铝、料浆渗铝和CVD渗铝。
料浆渗铝是将渗剂混合粘结剂、稀释剂后以浆料的形式喷涂于零件表面，加热到反应温度后，渗剂反应生成活性Al原子，扩散进零件基材内部，从而实现渗铝。由于施工简单，渗层质量稳定，适用性强，料浆渗铝被广泛地应用于大型零件的渗铝中。
传统的料浆渗铝法采用封闭式气氛炉直接对工件进行加热渗铝。但是，对于大型工件，需要采用相应的大型气氛炉，增加了渗铝成本；更为重要的是，对于镍基高温合金，其料浆渗铝的温度通常高于850℃，若将此类合金材料的薄壁件、环形薄壁件放入相匹配的大型气氛炉内直接进行加热渗铝，高温将在工件的内部产生极大的内应力，在后续的降温过程中，释放的应力将造成薄壁件的局部变形、翘曲等严重缺陷，降低产品质量；此外，对于表面存在凹槽的工件，例如导向器外环，封闭加热的方式难以保证这类凹槽受热均匀，从而可能产生凹槽渗铝深度不足或漏渗的问题，这些在工件工作时可能会成为工件腐蚀的源头，大大降低其工作寿命。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种料浆渗剂，该料浆渗剂在固化形成铝渗层后具备一定的导电性能，从而允许采用局部高频感应加热的方式，在镍基高温合金工件局部进行高温加热，以解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型镍基高温合金工件时，工件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致工件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
镍基高温合金局部料浆渗铝用料浆渗剂，其原料按照质量百分比计，包括渗剂40～70％，镍铝粉20～50％，粘结剂5～10％，其中，所述渗剂的原料按照质量百分比计，包括氧化铝粉末30～75％，镍铝粉20～60％，氯化铵5～10％。
传统的料浆渗或包埋渗在制备渗剂时需要加入大量的氧化铝或高岭土，氧化铝或高岭土的质量百分比通常为50～80％。在渗剂中加入大量的氧化铝或高岭土主要起到惰化的作用，用以降低氯化铵和镍铝粉或铝铁粉反应速率，促进活性中间物AlClx的生成。但是，这类渗剂的导电性能极差，难以满足感应加热渗铝的需求。
为此，本技术方案中，降低了氧化铝粉末的含量至30～75％，提高了镍铝粉的质量百分比至20～60％，以有效地提高渗剂的导电性能，满足感应加热渗铝的需求。优选地，在部分实施例中，氧化铝粉末的含量进一步限定为35～55％，镍铝粉的百分比提高至40～60％，氯化铵为5～10％。在一个或多个实施例中，镍铝粉的含量多于氧化铝粉末的含量，在一个或多个实施例中，镍铝粉为60％，氯化铵为5％，氧化铝粉末为35％，在此配比下，获得的铝渗层厚度能够达到数十微米。
此外，制备的料浆渗剂中，除了上述渗剂外，还添加有一定比例的镍铝粉和粘结剂，所述镍铝粉为渗剂活化后引入的未反应的镍铝粉，以进一步增加渗剂的导电性。所述粘结剂优选采用聚乙烯醇。在一个或多个实施例中，所述料浆渗剂中还添加有稀释剂，例如50vol％的乙醇水溶液，用于调节料浆渗剂的料浆粘度。
上述料浆渗剂的制备工艺包括两个步骤。第一个步骤为活化阶段，将氧化铝粉末、镍铝粉、氯化铵粉末按照比例充分混匀后，将混合后的物料装入刚玉坩埚中，放入气氛炉内，在800℃～1000℃，惰性气氛下保温2h～6h，冷却后取出反应物，过筛后获得渗剂。第二个步骤为料浆配制阶段，将渗剂、镍铝粉、粘结剂、稀释剂按照比例混合后搅拌均匀，得到所述料浆渗剂。
本技术方案中，料浆渗剂的渗剂中降低了氧化铝粉末的含量并增加了镍铝粉的含量，相较于传统的料浆渗剂能够显著地提高渗剂的导电性能，同时，在料浆渗剂的渗剂活化后，再次引入镍铝粉以进一步提高料浆渗剂的导电性能，使得料浆渗剂能够满足进行高频感应加热的需求，以在开放式的环境中对大型工件的各待渗铝位置进行加热。
进一步地，所述料浆渗剂的原料中渗剂与镍铝粉的质量比为1.5～3:1，且所述渗剂与粘结剂的质量比为5～10:1。通过实验发现，在料浆渗剂的原料中的渗剂、镍铝粉、粘结剂满足上述比例范围时，料浆渗剂的导电性能更好，得到的铝渗层的厚度越大。优选地，在部分实施例中，渗剂、镍铝粉、粘结剂、稀释剂的质量比为40～60:10～30:10:10时，料浆渗剂的导电性能更佳、铝渗层的厚度更大。
本发明的另一个目的在于提供一种镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，该料浆渗铝工艺通过配制、应用前述任一种料浆渗剂，使得料浆渗剂具备足够的导电性能以允许在开放式惰性气氛中利用高频感应加热的方式对大型工件的各待渗铝位置进行局部加热。
具体地，本发明的料浆渗铝工艺包括以下步骤：
配制料浆渗剂，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后干燥，在惰性气氛下对工件的待渗铝位置进行局部感应加热，真空热扩散后在工件表面形成铝渗层。
在部分实施例中，料浆渗剂的配制包括以下步骤：混合氧化铝粉末、镍铝粉和氯化铵，在800℃～1000℃的惰性气氛下保温2～6h后过筛，得到渗剂；混合渗剂、镍铝粉、粘结剂和稀释剂得到所述料浆渗剂。
在本技术方案中，料浆渗剂的喷涂工序包括将配置好的料浆喷涂于零件要求渗铝的位置，喷涂的粘度优选为14s～20s(涂4#杯测)，喷涂压力优选为0.2MPa～0.6MPa，喷涂距离优选为30cm～50cm，采用1/2重叠喷涂法以保证渗层均匀，喷涂结束后，将工件放入鼓风干燥箱内烘干，烘干时间大于30min，之后取出工件并重复上述步骤。在一个或多个实施例中，喷涂的料浆渗剂的厚度要求为2～4mm。在部分实施例中，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后，在所述料浆渗剂的表面喷涂抗氧化层，所述抗氧化层的原料按照质量百分比计，包括镍粉60～80％，粘结剂5～20％，氧化铝5～20％。待完全喷涂结束后，将工件放置于鼓风干燥箱中，80℃保温2h，再升温至130℃完全固化。
在本技术方案中，在局部感应加热的工序中，将工件置于工装台上，利用高频感应设备对待渗铝位置进行局部快速加热。加热过程中，辅助通入氩气形成局部惰性气氛环境，通过工业测温枪对渗层表面温度进行表征，渗铝温度优选为800℃～1000℃。针对大型工件，工装台可以提供移动大型工件的功能，以分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力。在一个或多个实施例中，渗铝时间依照渗层厚度需求而定，通常为8h～20h。
在进行局部感应加热后，由于本方案采用料浆渗剂为特制渗剂，相对传统的渗剂的铝含量更高，可能会造成渗铝层表面铝含量过高，导致工件的力学性能下降，为此，在局部感应加热后进行真空热扩散，将NiAl3、Ni2Al3等富铝脆性相转变为β-NiAl相，从而提高工件的力学性能，降低渗层脆性。优选地，所述真空热扩散的温度为800℃～950℃，保温时间为2～6h。
上述料浆渗铝工艺无需封闭式渗铝炉，通过直通氩气形成局部惰性气氛环境，最大化减少设备成本，同时，能够分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力，解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型镍基高温合金工件时，工件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致工件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题。
本发明针对上述局部料浆渗铝工艺，还提供了一种局部感应加热装置。
具体地，采用局部感应加热装置加热所述待渗铝位置，所述局部感应加热装置包括移载机构和升降机构，所述移载机构用于移动所述工件、驱动所述工件的待渗铝位置依次经过所述升降机构，所述升降机构上连接有搭载件，所述搭载件上设置有至少一根感应线圈，所述感应线圈用于在升降机构的驱动下朝向所述工件移动并加热所述工件。
本技术方案中，局部感应加热装置包括移载机构和升降机构。其中，移载机构用于移动所述工件。在部分实施例中，针对发动机导向环一类的大型环形薄壁件，所述移载机构为旋转台，所述旋转台用于放置待加工的环形薄壁件，并驱动环形薄壁件在升降机构的搭载件下方绕薄壁件自身的轴线转动。升降机构用于安装搭载件，并通过驱动搭载件进而驱动感应线圈朝向或背向旋转台上的薄壁件移动以加热所述工件。在部分实施例中，对于大型条形件或异形结构，所述移载机构为传送带，所述传送带用于放置待加工工件，并驱动工件经过升降机构的下方，在经过时，升降机构驱动感应线圈朝向或背向工件移动以加热所述工件。
当搭载件移动至预设位置时，搭载件上安装的一根或多根感应线圈位于工件上喷涂的料浆渗层的上方。感应线圈利用电磁感应加热的原理对工件进行加热，通过在材料的内部形成电流，依靠电源提供的交变电流通过工件形成交变磁场进而使工件产生涡流进行加热。本技术方案采用现有的感应线圈及配套设备实现感应线圈的加热，在此不再赘述。
工作时，将表面涂覆料浆渗剂的工件固定于旋转台或传送带上，根据工件的具体结构选择搭载件，并调整搭载件上感应线圈的数量、尺寸、布置方式，调整完毕后，感应线圈通电，并利用升降机构将感应线圈移动至料浆渗层表面进行加热；感应线圈下方的工件区域加热完毕后，驱动旋转台旋转一定的角度，或驱动传送带移动一段距离，以将未加热的区域移动至感应线圈下方继续加热，重复上述步骤直至工件表面所有区域均匀加热。
本技术方案针对大型镍基高温合金工件设计的局部料浆渗铝装置采用开放式局部加热的方式加热工件，在用于不同尺寸的工件时，无需采用相匹配的大型封闭式气氛炉，仅需调整搭载件上的感应线圈尺寸、数量、布置方式即可，操作灵活、加工成本低、普适性强；不仅如此，局部加热允许工作人员根据工件表面的应力变化、受热变化快速调整加热位置，确保工件各处的受热、应力均匀，显著地减少内应力产生，有效地提高了工件的渗铝质量。
作为本发明中升降机构的一种优选实施方式，所述升降机构包括液压缸，所述液压缸的输出端通过悬臂连接搭载件。本技术方案中，升降机构采用液压缸驱动，液压缸的活塞杆在油泵的驱动下竖直上下移动，驱动悬臂上下移动，从而带动搭载件朝向或背向旋转台移动。
进一步地，所述悬臂上连接有固定板，所述搭载件可拆卸地连接在所述固定板上。所述悬臂上连接的固定板用于安装搭载件，搭载件可拆卸地安装于固定板上，以便于根据工件尺寸更换不同规格的搭载件，并调整搭载件上的感应线圈。
作为本发明中搭载件的优选结构，所述搭载件的下表面上设置有凸台，所述搭载件的下表面和/或凸台上设置有用于安装所述感应线圈的安装槽。所述搭载件的下表面上设置有凸台。所述凸台使得搭载件下表面安装的感应线圈能够形成高低错落分布，即凸台上安装的感应线圈相较于未设置于凸台上的感应线圈能够更早地接近工件。
凸台的设计主要针对具有凹槽的工件。对于部分环形薄壁件，例如发动机导向器外环，其表面有连续的安装凹槽，深度可达5～15cm，传统的封闭加热难以保证这类凹槽受热均匀，从而可能产生凹槽渗铝深度不足或漏渗的问题，这些在零件工作时可能会成为零件腐蚀的源头，大大降低零件的工作寿命。为此，通过设置凸台，可以将感应线圈深入到薄壁件的凹槽内部进行局部准确加热，以进一步提高渗层加热效果，确保薄壁件各处均匀受热。同理地，对于设置有凹槽的条形件或异形件，凸台的设置也能够将感应线圈深入凹槽中进行加热。
进一步地，所述安装槽根据搭载件不同的规格，可以仅设置于搭载件的下表面上，也可以仅设置于搭载件的凸台上，还可以同时设置于下表面和凸台上。所述安装槽可以通过螺纹连接将感应线圈固定在其中，也可以通过紧固件固定感应线圈。在部分实施例中，所述安装槽内还设置有卡接件例如抱箍，所述卡接件与感应线圈的尺寸相匹配，以稳固地夹持所述感应线圈。
进一步地，对于环形件，所述感应线圈为弧形结构，以便于感应线圈更好地贴合薄壁件的弧形凹槽，优选地，所述感应线圈的圆心角为90～270°，进一步优选地，所述感应线圈的圆心角为90°。对于条形件，所述感应线圈为条形结构。
进一步地，局部感应加热装置还包括氩气源，所述氩气源连接有喷嘴，所述喷嘴用于向所述感应线圈加热的区域通入氩气。氩气源能够通过喷嘴向工件表面的导电渗层通入氩气，从而获得局部惰性气氛，降低氧化，提高工件渗铝质量。同时，由于氩气较空气更重，能够更好地在渗层表面形成气膜。
进一步地，所述氩气源和喷嘴之间还设置有加热炉，所述加热炉用于加热所述氩气。加热炉用于加热氩气以使得从喷嘴喷出的氩气具有较高的温度，例如850～900℃，以避免通入的氩气降低料浆渗层的温度。
进一步地，还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有旋转台或者传送带的主动轮。优选地，所述驱动电机可以是步进电机或伺服电机。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的料浆渗剂的渗剂中降低了氧化铝粉末的含量并增加了镍铝粉的含量，相较于传统的料浆渗剂能够显著地提高渗剂的导电性能，同时，在料浆渗剂的渗剂活化后，再次引入镍铝粉以进一步提高料浆渗剂的导电性能，使得料浆渗剂能够满足进行高频感应加热的需求，以在开放式的环境中对大型工件的各待渗铝位置进行加热；
2、本发明的料浆渗铝工艺无需封闭式渗铝炉，通过直通氩气形成局部惰性气氛环境，最大化减少设备成本，同时，能够分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力，解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型镍基高温合金工件时，工件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致工件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题；
3、本发明针对大型镍基高温合金工件设计的局部料浆渗铝装置采用开放式局部加热的方式加热工件，在用于不同尺寸的工件时，无需采用相匹配的大型封闭式气氛炉，仅需调整搭载件上的感应线圈尺寸、数量、布置方式即可，操作灵活、加工成本低、普适性强；不仅如此，局部加热允许工作人员根据工件表面的应力变化、受热变化快速调整加热位置，确保工件各处的受热、应力均匀，显著地减少内应力产生，有效地提高了工件的渗铝质量；
4、本发明通过设置凸台，可以将感应线圈深入到工件凹槽内部进行局部准确加热，以进一步提高渗层加热效果，确保料浆渗剂各处均匀受热。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例中料浆渗铝工艺的流程框图；
图2为本发明具体实施例中发动机导向器外环一类的大型环形薄壁件的俯视示意图；
图3为本发明具体实施例中料浆渗铝装置的结构示意图；
图4为本发明具体实施例中用于搭载感应线圈的搭载件的仰视示意图；
图5为本发明具体实施例中氩气源向薄壁件表面通入氩气形成局部惰性气氛环境的示意图；
图6为本发明具体实施例中圆心角为90°的弧形感应线圈加热带有凹槽的环形薄壁件的示意图；
图7为本发明具体实施例中圆心角为180°的弧形感应线圈加热带有凹槽的环形薄壁件的示意图；
图8为本发明具体实施例中加热带有凹槽的条形薄壁件的示意图；
图9为本发明实施例4至实施例7中通过局部料浆渗铝工艺得到的涂层截面扫描电镜图，放大1000倍。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-旋转台，2-驱动电机，3-液压缸，4-活塞杆，5-悬臂，6-固定板，7-搭载件，71-凸台，72-感应线圈，73-安装槽，8-加热炉，9-氩气源，10-喷嘴，11-导电渗层，12-环形薄壁件，13-弧形凹槽，21-条形件，22-条形凹槽，23-传送带。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法即可制备。本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或料浆渗铝领域常规的纯度要求。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或者通过常规方法制备得到。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
如图1所示的镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，包括以下步骤：
配制料浆渗剂，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后干燥，在惰性气氛下对工件的待渗铝位置进行局部感应加热，真空热扩散后在工件表面形成铝渗层。
在部分实施例中，所述料浆渗剂的配制包括以下两个步骤：
(A)活化阶段：混合氧化铝粉末、镍铝粉和氯化铵，在800℃～1000℃的惰性气氛下保温2～6h后过筛，得到渗剂；
(B)料浆配制阶段：混合渗剂、镍铝粉、粘结剂和稀释剂得到所述料浆渗剂。
在一个或多个实施例中，活化阶段将60目的氧化铝粉末、100目～150目的镍铝粉、研磨过的氯化铵粉末充分混合、加热、冷却后，过90目筛网，获得渗剂。
在部分实施例中，所述料浆渗剂的原料按照质量百分比计，包括渗剂40～70％，镍铝粉20～50％，粘结剂5～10％，其中，所述渗剂的原料按照质量百分比计，包括氧化铝粉末30～75％，镍铝粉20～60％，氯化铵5～10％。本实施例中，降低了氧化铝粉末的含量至30～65％，提高了镍铝粉的质量百分比至30～60％，以有效地提高渗剂的导电性能，满足感应加热渗铝的需求。优选地，在部分实施例中，氧化铝粉末的含量进一步限定为35～55％，镍铝粉的百分比提高至40～60％，氯化铵为5～10％。在一个或多个实施例中，镍铝粉的含量多于氧化铝粉末的含量。
在部分实施例中，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后，在所述料浆渗剂的表面喷涂抗氧化层，所述抗氧化层的原料按照质量百分比计，包括镍粉60～80％，粘结剂5～20％，氧化铝5～20％；喷涂所述料浆喷剂的喷涂粘度为14～20s，喷涂压力为0.2～0.6MPa，喷涂距离为30～50cm。在一个或多个实施例中，喷涂的料浆渗剂的厚度要求为2～4mm。在部分实施例中，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后，在所述料浆渗剂的表面喷涂抗氧化层，所述抗氧化层的原料按照质量百分比计，包括镍粉60～80％，粘结剂5～20％，氧化铝5～20％。待完全喷涂结束后，将工件放置于鼓风干燥箱中，80℃保温2h，再升温至130℃完全固化。
在部分实施例中，局部感应加热的工序是将工件置于工装台上，利用高频感应设备对待渗铝位置进行局部快速加热。加热过程中，辅助通入氩气形成局部惰性气氛环境，通过工业测温枪对渗层表面温度进行表征，渗铝温度优选为800℃～1000℃。针对大型工件，工装台可以提供移动大型工件的功能，以分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力。在一个或多个实施例中，渗铝时间依照渗层厚度需求而定，通常为8h～20h。
在部分实施例中，进行局部感应加热后，由于本方案采用料浆渗剂为特制渗剂，相对传统的渗剂的铝含量更高，可能会造成渗铝层表面铝含量过高，导致工件的力学性能下降，为此，在局部感应加热后进行真空热扩散，将NiAl3、Ni2Al3等富铝脆性相转变为β-NiAl相，从而提高工件的力学性能，降低渗层脆性。优选地，所述真空热扩散的温度为800℃～950℃，保温时间为2～6h。
本实施例的料浆渗铝工艺无需封闭式渗铝炉，通过直通氩气形成局部惰性气氛环境，最大化减少设备成本，同时，能够分阶段对大型工件的各部位进行感应加热渗铝，从而最大化程度降低内应力，解决现有技术中采用封闭式气氛炉直接加热渗铝大型镍基高温合金工件时，工件在加热过程中产生的内应力容易在降温过程中导致工件局部变形、翘曲等严重缺陷的问题。
实施例2：
如图2至图7所示的用于大型环形薄壁件的局部感应加热装置，该局部感应加热装置包括包括升降机构和作为移载机构的旋转台1，所述旋转台1用于驱动环形薄壁件12旋转，所述升降机构上连接有搭载件7，所述搭载件7上设置有至少一根感应线圈72，所述感应线圈72用于在升降机构的驱动下朝向所述环形薄壁件12移动并加热环形薄壁件12。
工作时，将如图2所示的将表面涂覆料浆渗剂的环状薄壁件固定于旋转台上；随后，根据环状薄壁件的具体结构调整搭载件上感应线圈的数量、尺寸、布置方式，调整完毕后，感应线圈通电，并利用升降机构将感应线圈移动至料浆渗剂表面进行加热；感应线圈下方的薄壁件区域加热完毕后，如图6和图7所示，驱动旋转台旋转一定的角度以将未加热的区域移动至感应线圈下方继续加热，重复上述步骤直至环形薄壁件旋转完至少一周后，表面所有区域均匀加热。
在部分实施例中，如图3所示，所述升降机构包括液压缸3，所述液压缸3的输出端通过悬臂5连接搭载件7。在一个或多个实施例中，所述悬臂的长度可调，通过调整悬臂的长度能够改变感应线圈在水平面上的位置，更好地将感应线圈移动至指定位置。
在一个或多个实施例中，所述悬臂5上连接有固定板6，所述搭载件7可拆卸地连接在所述固定板6上。在部分实施例中，所述搭载件与固定板通过紧固件连接，在一个实施例中，所述搭载件、固定板上设置有螺孔，通过螺母连接螺孔实现搭载件和固定板的紧固件连接。在部分实施例中，所述搭载件与固定板还可以通过卡接的方式连接。
在部分实施例中，局部感应加热装置还包括驱动电机2，所述驱动电机2的输出端连接有旋转台1。
在部分实施例中，如图3和图4所示，所述搭载件7的下表面上设置有凸台71。通过设置凸台，可以将感应线圈深入到薄壁件的弧形凹槽13内部进行局部准确加热，以进一步提高渗层加热效果，确保薄壁件各处均匀受热。在一个或多个实施例中，所述凸台可拆卸地安装于搭载件上，以便于根据实际需求调整凸台的位置和数量。在部分实施例中，所述搭载件7的下表面和/或凸台71上设置有安装槽73，所述安装槽73用于安装所述感应线圈72。
在部分实施例中，所述感应线圈72为弧形结构。在部分实施例中，所述感应线圈72的圆心角为90～270°，优选地，如图6和图7所示，所述感应线圈72的圆心角为90°或180°。
在部分实施例中，如图5所示，还包括氩气源9，所述氩气源9连接有喷嘴10，所述喷嘴10用于向所述感应线圈72加热的区域通入氩气。氩气源能够通过喷嘴向薄壁件表面的导电渗层通入氩气，从而获得局部惰性气氛，降低氧化，提高工件渗铝质量。同时，由于氩气较空气更重，能够更好地在渗层表面形成气膜。
在一个或多个实施例中，所述氩气源9和喷嘴10之间还设置有加热炉8，所述加热炉8用于加热所述氩气。加热炉用于加热氩气以使得从喷嘴喷出的氩气具有较高的温度，例如850～900℃，以避免通入的氩气降低导电渗层的温度。
实施例3：
在上述实施例的基础上，如图9所示的用于大型条形件的局部感应加热装置，该加热装置的移载机构采用传送带23，传送带23通过移动条形件21，使得条形件21的待渗铝位置依次经过所述升降机构，升降机构上搭载的感应线圈对条形件的表面和条形凹槽进行加热。
实施例4～实施例11：
采用上述实施例中的料浆渗铝工艺和局部感应加热装置对大型环形薄壁件12进行料浆渗铝，以氩气作为高温保护气氛，料浆渗剂的组分配比、感应加热温度、铝渗层厚度如表1所示，试验采用常用的镍基高温合金GH3039。
表1
由表1可知，料浆渗剂中的渗剂含量、镍铝粉含量、氧化铝含量、渗剂与镍铝粉的质量比、渗剂与粘结剂的质量比都能够影响渗铝的结果。活化时渗剂含量高于40wt％时，才能在渗铝过程中获得较好的镀层，这一点与传统的料浆渗铝大相径庭(传统料浆渗铝活化时渗剂含量通常低于30wt％)，这是因为局部渗铝相对所处空间气密性一般，因此氧气极易混入，消耗产生的活性中间体，从而导致无法发生渗铝反应。在制备渗铝料浆时，渗剂含量过低，镍铝粉含量过高也会导致渗铝效果欠佳，这也是因为渗铝源过少，被空气中的氧气夺走了活性铝原子。此外，渗铝温度也对渗铝结果有影响。
本文中所使用的“第一”、“第二”等只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.镍基高温合金局部料浆渗铝用料浆渗剂，其特征在于，其原料按照质量百分比计，包括渗剂40~70%，镍铝粉20~50%，粘结剂5~10%，稀释剂，其中，所述料浆渗剂的原料中渗剂与镍铝粉的质量比为1.5~3:1，且所述渗剂与粘结剂的质量比为5~10:1，所述渗剂的原料按照质量百分比计，包括氧化铝粉末35~55%，镍铝粉40~60%，氯化铵5~10%。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金局部料浆渗铝用料浆渗剂，其特征在于，所述稀释剂采用50vol%的乙醇水溶液，稀释剂的质量百分比用量为10%。
3.镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，其特征在于，包括以下步骤：
配制如权利要求1所述的料浆渗剂，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后干燥，在惰性气氛下对工件的待渗铝位置进行局部感应加热，真空热扩散后在工件表面形成铝渗层，
所述料浆渗剂的配制包括以下步骤：
混合氧化铝粉末、镍铝粉和氯化铵，在800℃~1000℃的惰性气氛下保温2~6 h后过筛，得到渗剂；混合渗剂、镍铝粉、粘结剂和稀释剂得到所述料浆渗剂；
采用局部感应加热装置加热所述待渗铝位置，所述局部感应加热装置包括移载机构和升降机构，所述移载机构用于移动所述工件、驱动所述工件的待渗铝位置依次经过所述升降机构，所述升降机构上连接有搭载件（7），所述搭载件（7）上设置有至少一根感应线圈（72），所述感应线圈（72）用于在升降机构的驱动下朝向所述工件移动并加热所述工件，所述搭载件（7）的下表面上设置有凸台（71），所述搭载件（7）的下表面和/或凸台（71）上设置有用于安装所述感应线圈（72）的安装槽（73）。
4.根据权利要求3所述的镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，其特征在于，将所述料浆渗剂喷涂于镍基高温合金工件上的待渗铝位置后，在所述料浆渗剂的表面喷涂抗氧化层，所述抗氧化层的原料按照质量百分比计，包括镍粉60~80%，粘结剂5~20%，氧化铝5~20%。
5.根据权利要求3所述的镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，其特征在于，喷涂所述料浆渗剂的喷涂粘度为14~20s，喷涂压力为0.2~0.6MPa，喷涂距离为30~50 cm。
6.根据权利要求3所述的镍基高温合金局部料浆渗铝工艺，其特征在于，所述真空热扩散的温度为800℃~950℃，保温时间为2~6 h。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 610000 Baihe Community Group 4, Lichun Town, Pengzhou City, Chengdu, Sichuan Province Patentee after: Sichuan Hangda New Materials Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 611930 Four Groups of Baihe Community in Lichun Town, Pengzhou City, Chengdu, Sichuan Province Patentee before: Pengzhou Hangda New Material Co.,Ltd. Country or region before: China |
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