CN115233155A - 一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透平叶片热障涂层的去除方法，用于对结构复杂的燃气轮机透平叶片热障涂层进行真空电弧去除处理，包括：1)将待处理透平叶片安装在真空电弧炉内的叶片夹具上，透平叶片作为阴极真空电弧蒸发源；2)将涂层回收器置于阴极与阳极之间；3)在阴极与阳极间施加电场，加热阴极透平叶片，使透平叶片表面热障涂层气化或汽化，转化为等离子束流并朝涂层回收器表面定向加速运动，在其表面凝聚。采用本发明提供的方法，能够对透平叶片热障涂层进行多次去除而不影响基体的力学性能，且具有高的去除效率而不影响基体的力学性能，大大延长了透平叶片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于热障涂层修理技术领域，特别是涉及一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法。
背景技术
一般地，在工程中使用的热障涂层结构为双层结构，陶瓷面层主要起隔热作用，粘结底层主要起增强结合力和抗氧化作用。但是，在涂层涂覆过程中，由于高温合金的冶金缺陷、热障涂层厚度的偏差等原因导致涂层产生局部剥落失效、质量不合格等问题，需去除原有涂层进行重新涂覆；以及随着燃气轮机透平进口温度的不断提高，透平叶片服役环境更加恶劣，高温高速燃气、高腐蚀性、高交变载荷、冷热循环冲击等物理化学作用导致热障涂层鼓包、剥落失效的概率大大增加，需除去原有涂层进行重新涂覆。
目前，工程中热障涂层去除普遍采用干吹砂法和化学法。干吹砂法由于吹砂力度的不均匀，以及涂层薄厚的不均匀，造成涂层在去除过程中大量存在未去除干净或者过去除现象严重，影响叶片涂层的再涂覆和重新使用；以及化学法难以去除热障涂层在制备及服役过程中粘结层和陶瓷层界面形成的热氧化生长层(α-Al2O3)，且易对叶片基体造成伤害。
发明内容
本发明提供了一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，解决了上述背景技术中提出的问题，能够对透平叶片热障涂层进行多次去除而不影响基体的力学性能，大大延长了透平叶片的使用寿命。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，用于对结构复杂的燃气轮机透平叶片热障涂层进行真空电弧去除处理，包括以下步骤：
1)将待处理透平叶片安装在真空电弧炉内的叶片夹具上，透平叶片作为阴极真空电弧蒸发源；
2)将涂层回收器置于阴极与阳极之间；
3)在阴极与阳极间施加电场，加热阴极透平叶片，使透平叶片表面热障涂层气化或汽化，转化为等离子束流并朝涂层回收器表面定向加速运动，在其表面凝聚。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，叶片夹具对叶片非喷涂区域进行了保护，只有叶片平台以上热障涂层喷涂区域暴露在外。
本发明进一步的改进在于，电弧的阳极是真空电弧炉的内壁。
本发明进一步的改进在于，电弧的阳极是在室内设一阳极。
本发明进一步的改进在于，电弧的阳极是将设阳极与内壁相连接，共同作为阳极，或不连接。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，去除热障涂层陶瓷层的工艺参数范围如下：
真空度：＜5.0×10-2Pa；
电弧电流：300-2000A；
阴阳极之间的电弧电压：40-80V；
时间：3-5h；
气氛：Ar或N2，或其混合气体。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，去除热障涂层陶瓷层的真空度＜5.0×10- 2Pa；电弧电流为1800A；阴阳极之间的电弧电压为55V；时间为5h；真空气氛为Ar气体。
本发明进一步的改进在于，去除热障涂层粘结层的工艺参数范围如下：
真空度：＜5.0×10-2Pa；
电弧电流：800-600A；
阴阳极之间的电弧电压：30-70V；
时间：1-3h；
气氛：Ar或N2，或其混合气体。
本发明进一步的改进在于，去除热障涂层粘结层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为750A；阴阳极之间的电弧电压为45V；时间为2h；真空气氛为Ar气体。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，通过保护透平叶片非喷涂区域，实现对叶片复杂曲面上的热障涂层高效、高精度去除。
2.本发明提供了一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，在待去除热障涂层表面形成阴极弧斑，通过改变电弧电流大小，加热使之气化或汽化，去除非金属陶瓷层以及内部的强附着力的粘结层。
3.本发明提供了一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，能够对透平叶片热障涂层进行多次去除而不影响基体的力学性能，且具有高的去除效率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为实施例1中热障涂层试样粘结层去除后试样显微组织形貌。
图3为实施例1中热障涂层去除前显微组织形貌。
图4为实施例2中热障涂层试样粘结层去除后试样显微组织形貌。
图5为实施例2中热障涂层去除前显微组织形貌。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，用于对结构复杂的燃气轮机透平叶片热障涂层进行真空电弧去除处理，具体步骤如下：
(1)将待去除热障涂层的叶片称重并安装在真空炉内的夹具上。
(2)将涂层回收器置于阴极与阳极之间；
(3)在阴极与阳极间施加电场，加热阴极透平叶片，使叶片表面热障涂层气化或汽化，转化为等离子束流并朝涂层回收器表面定向加速运动，在其表面凝聚。工艺参数如下：
实施例1：
去除热障涂层陶瓷层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为1800A；阴阳极之间的电弧电压为55V；时间为5h；真空气氛为Ar气体。
由于重型燃气轮机透平叶片获取特别困难，故本发明采用试片代替叶片作为试验对象验证本发明提供的方法的可靠性。图2为实施例1中热障涂层试样粘结层去除后试样显微组织形貌，与图3所示热障涂层去除前显微组织形貌对比，粘结层去除彻底，无残留。同时，检测实施例1热障涂层去除前后涂层厚度，检查结果如表1所示。
表1实施例1的热障涂层去除前后各层厚度
| 涂层类别 | 去除涂层前 | 去除涂层后 |
| 粘结层厚度/μm | 150 | 0 |
| 陶瓷层厚度/μm | 450 | 0 |
从表中可以看出，热障涂层陶瓷层与粘结层均完全去除。
实施例2：
去除热障涂层陶瓷层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为2000A；阴阳极之间的电弧电压为40V；时间为3h；真空气氛为N2气体。
为验证热障涂层是否去除干净，对本实施方案后的试样进行解剖检测涂层厚度，结果如图4和表2所示，图5为热障涂层去除前显微组织形貌。从图4和表2中可以看出，采用本发明提供的方法可有效去除热障涂层陶瓷层和粘结层。
表2实施例2的热障涂层去除前后各层厚度
| 涂层类别 | 去除涂层前 | 去除涂层后 |
| 粘结层厚度/μm | 150 | 0 |
| 陶瓷层厚度/μm | 550 | 0 |
实施例3：
去除热障涂层陶瓷层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为300A；阴阳极之间的电弧电压为80V；时间为5h；真空气氛为Ar或N2的混合气体。
为验证热障涂层是否去除干净，对本实施方案后的试样进行解剖检测涂层厚度，结果如表3所示：
表3实施例3的热障涂层去除前后各层厚度
| 涂层类别 | 去除涂层前 | 去除涂层后 |
| 粘结层厚度/μm | 150 | 0 |
| 陶瓷层厚度/μm | 300 | 0 |
实施例4：
去除热障涂层粘结层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为750A；阴阳极之间的电弧电压为45V；时间为2h；真空气氛为Ar气体。
实施例5：
去除热障涂层粘结层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为800A；阴阳极之间的电弧电压为70V；时间为1h；真空气氛为Ar气体。
实施例6：
去除热障涂层粘结层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为600A；阴阳极之间的电弧电压为30V；时间为3h；真空气氛为Ar气体。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，用于对结构复杂的燃气轮机透平叶片热障涂层进行真空电弧去除处理，包括以下步骤：
1)将待处理透平叶片安装在真空电弧炉内的叶片夹具上，透平叶片作为阴极真空电弧蒸发源；
2)将涂层回收器置于阴极与阳极之间；
3)在阴极与阳极间施加电场，加热阴极透平叶片，使透平叶片表面热障涂层气化或汽化，转化为等离子束流并朝涂层回收器表面定向加速运动，在其表面凝聚。
2.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，步骤1)中，叶片夹具对叶片非喷涂区域进行了保护，只有叶片平台以上热障涂层喷涂区域暴露在外。
3.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，电弧的阳极是真空电弧炉的内壁。
4.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，电弧的阳极是在室内设一阳极。
5.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，电弧的阳极是将设阳极与内壁相连接，共同作为阳极，或不连接。
6.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，步骤3)中，去除热障涂层陶瓷层的工艺参数范围如下：
真空度：＜5.0×10-2Pa；
电弧电流：300-2000A；
阴阳极之间的电弧电压：40-80V；
时间：3-5h；
气氛：Ar或N2，或其混合气体。
7.根据权利要求6所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，步骤3)中，去除热障涂层陶瓷层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为1800A；阴阳极之间的电弧电压为55V；时间为5h；真空气氛为Ar气体。
8.根据权利要求1所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，去除热障涂层粘结层的工艺参数范围如下：
真空度：＜5.0×10-2Pa；
电弧电流：800-600A；
阴阳极之间的电弧电压：30-70V；
时间：1-3h；
气氛：Ar或N2，或其混合气体。
9.根据权利要求8所述的一种透平叶片热障涂层真空电弧去除方法，其特征在于，去除热障涂层粘结层的真空度＜5.0×10-2Pa；电弧电流为750A；阴阳极之间的电弧电压为45V；时间为2h；真空气氛为Ar气体。
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