CN115595581A - 一种服役后热部件粘接层的去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种服役后热部件粘接层的去除方法，包括以下步骤：S1、使服役后的热部件的MCrAlY粘结层暴露出来；S2、确定热部件是否需要酸洗前防护处理；S3、在多个相同热部件中选取若干数量的热部件作为参考零件，对参考零件进行酸洗处理；S4、对酸洗后的参考零件进行热染处理，并且若热部件上具有遮蔽涂层时先去除遮蔽涂层；S5、确定MCrAlY粘结层残留区域，作为热部件的减薄区域；对参考零件上的减薄区域进行减薄处理，并且检测减薄情况，直到待减薄区域处的贫铝高铬层被去除，并确定减薄深度；S6、根据参考零件上的减薄区域和减薄深度，对相同热部件上进行减薄处理，将其上贫铝高铬层都去除掉；S7、对步骤S6中减薄处理后的热部件进行酸洗处理。
Description
技术领域
本发明涉及热部件维护处理技术领域，具体涉及一种服役后热部件粘接层的去除方法。
背景技术
航空航天、能源动力等行业的发展对航空发动机和燃气轮机提出了越来越高的要求。为了提升高温热部件(包括但不限于透平叶片、透平导流环、燃烧室内零部件等)的耐高温性能，除了基材的升级、冷却方式的改进外，通常还会喷涂相应的热障涂层，目前最广泛应用的热障涂层(称为TBC涂层)包括位由MCrAlY构成的(M代表Co和/或Ni元素)的粘结层(称为MCrAlY粘结层)、以及位于粘结层之上的由部分氧化钇掺杂氧化锆构成顶层(可称为PYSZ顶层)。
热部件的基材通常为高温合金，制备工序复杂，生产报废率高，导致其成本通常较高。在实际服役过程中，通常在一个服役周期后，会发生基材组织退化、基材局部出现裂纹、TBC涂层部分区域组织出现退化、TBC涂层局部剥落等情况，出于成本考虑，主机厂会将其拆下进行修复处理，修复处理的主要内容就是去除原有TBC涂层并喷涂新的TBC涂层，同时在这喷涂新涂层前对基材的裂纹进行修复，对基材组织进行恢复。
常见TBC涂层的去除过程中，TBC涂层的顶层的PYSZ层通过高压水流进行去除，底层的MCrAlY粘结层则由于其在服役过程中局部过热而导致传统的酸洗工艺去除的不彻底，具体地，参见图1，MCrAlY粘结层2底部会部分地散到基材1表面中形成第一扩散层3，基体1表面也会部分地扩散到MCrAlY粘结层2底部形成第二扩散层4，MCrAlY粘结层2表面在高温情况下局部区域会产生变性，形成一个铝含量低的薄层，在本申请中，其称为贫铝高铬层5，其余部分铝含量变化不大，可称为β相富铝层。贫铝高铬层5在酸洗时无法被有效去除，因此热部件在局部会有粘结层残留，对于这些残留，即使增加酸洗时间到规范要求的上限，依旧无法去除残留。对于残留位置，现在一般会采用人工打磨的方式去除掉，这种去除方法考虑到避免打磨过度损伤到基材，通常会采用打磨一定厚度，进行热染处理看残留区域，并不断重复上述过程直至零件表面无粘结层残留，该方法存在以下几个问题：第一是人工工时数多，每个零件需要多次的打磨才能最终去除MCrAlY粘结层，第二是热染处理用到的真空炉的设备费用成本较高，第三是人工打磨并不能严格控制打磨深度，部分区域可能对基材造成损伤。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种服役后热部件粘接层的去除方法，能够精准去除MCrAlY粘结层，降低工时，减少高温炉的使用次数，并可以确保零件在去除过程中不被过度打磨而损伤基材。
为实现上述目的，本发明提供一种服役后热部件粘接层的去除方法，所述热部件包括基材、以及基材上的MCrAlY粘结层，所述去除方法包括以下步骤：
S1、使服役后的热部件的MCrAlY粘结层暴露出来；
S2、确定热部件是否需要酸洗前防护处理，如需要，则对热部件不需要进行酸洗处理的地方进行防护处理；
S3、在多个相同热部件中选取若干数量的热部件作为参考零件，对参考零件进行酸洗处理；
S4、对酸洗后的参考零件进行热染处理，并且若热部件上具有遮蔽涂层，热染处理前先将遮蔽涂层去除；
S5、根据热染处理后参考零件上的显示情况，确定MCrAlY粘结层残留区域，将该区域作为热部件的减薄区域；然后对参考零件上的减薄区域进行减薄处理，并且检测减薄情况，待减薄区域处的MCrAlY粘结层表面的贫铝高铬层被去除时，停止减薄处理，并确定减薄区域对应的减薄深度；
S6、根据步骤S5中参考零件上的减薄区域和减薄深度，对相同热部件上进行减薄处理，将热部件上的MCrAlY粘结层表面的贫铝高铬层都去除掉；
S7、对步骤S6中减薄处理后的热部件进行酸洗处理。
进一步地，所述步骤S1包括：若热部件的MCrAlY粘结层上具有PYSZ顶层，先去除表面的PYSZ顶层，暴露出MCrAlY粘结层。
进一步地，所述步骤S2中，对热部件的防护处理内容包括：在热部件表面不需要酸洗去除MCrAlY粘结层的区域涂覆有遮蔽涂层；用光固化树脂封堵住热部件的冷却孔；用蜡封闭热部件内部的腔室。
进一步地，所述步骤S2中，涂覆的遮蔽涂层包括遮蔽胶和蜡液。
进一步地，所述步骤S3中，酸处理方式包括：采用盐酸浓度在20％～30％重量百分比的酸洗溶液进行酸洗，酸洗时酸洗溶液的温度不超过80℃，控制酸洗溶液中的Fe3+和Cu2+离子的含量均不超过100ppm。
进一步地，所述步骤S4中，热染处理包括：热染处理温度为700℃±20℃，保温不小于30分钟，环境气氛为空气。
进一步地，所述步骤S5中，减薄处理的方式包括人工打磨和局部喷砂。
进一步地，所述步骤S5中，减薄处理时不超过MCrAlY粘结层在基体中的第一扩散层。
进一步地，所述步骤S5中，所述步骤S5中，检测打磨情况的方法包括：采用荧光光谱仪，通过确认不同层的成分特征，来确认减薄区域的减薄情况。
进一步地，还包括步骤S8、对步骤S7中酸洗处理后的热部件进行最终热染处理，检查粘接层去除效果。
如上所述，本发明涉及的服役后热部件粘接层的去除方法，具有以下有益效果：
通过先对参考零件进行酸洗处理、热染处理和减薄处理，确认MCrAlY粘结层上的贫铝高铬层的位置和厚度，从而能够精确地去除热部件的MCrAlY粘结层上的贫铝高铬层后，再进行酸洗处理，从而顺利地完全去除掉MCrAlY粘结层。本方法能够有效地去除掉MCrAlY粘结层，相对于现有设计，能够大幅地减少打磨次数和热染处理次数，降低人工成本和的设备费用，同时避免对基材造成损伤。
附图说明
图1为本发明的服役后热部件的MCrAlY粘结层的结构示意图。
图2为本发明的服役后热部件粘接层的去除方法的流程示意图。
附图标号说明
1 基材
2 MCrAlY粘结层
3 第一扩散层
4 第二扩散层
5 贫铝高铬层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参见图1至图2，本发明提供了一种服役后热部件粘接层的去除方法，热部件包括基材1、以及基材1上的MCrAlY粘结层2，去除方法包括以下步骤：
S1、使服役后的热部件的MCrAlY粘结层2暴露出来；具体地，若热部件的MCrAlY粘结层2上具有PYSZ顶层(也称陶瓷顶层)，则先通过吹砂或高压水流等方式去除表面的PYSZ顶层，暴露出MCrAlY粘结层2。
S2、确定热部件是否需要酸洗前防护处理，如需要，则对热部件不需要进行酸洗处理的地方进行防护处理；具体地，热部件在放入酸液时，位于酸液中的部位可能有部分区域没有MCrAlY粘结层2，例如一些表面区域、以及热部件的孔和内腔等结构，会被酸洗溶液损伤，因此需要对这些进行防护处理。防护处理的内容包括：在热部件表面不需要酸洗去除MCrAlY粘结层2的区域涂覆有遮蔽涂层；用光固化树脂封堵住热部件的冷却孔；用蜡封闭热部件内部的腔室，例如冷却腔。对于某一类型的热部件时，所要处理的内容可以为上述中的一种或者几种，具体地根据热部件实际情况确定。其中，遮蔽涂层包括遮蔽胶和蜡液，遮蔽涂层的厚度根据实际需要设置，遮蔽涂层不溶于酸洗溶液，从而实现保护作用。
S3、在多个相同热部件中选取若干数量的热部件作为参考零件，对参考零件进行酸洗处理；在本申请中，相同热部件是指结构相同并且工作环境相同的热部件，在服役后其MCrAlY粘结层的变化情况也相同。参考零件数量为少量，具体可根据实际需要处理。酸洗处理能够去除MCrAlY材料，通过酸洗处理，参考零件上的MCrAlY粘结层2除了贫铝高铬层5所在区域，其余区域会被酸洗去除掉而暴露出基材1，贫铝高铬层5所在处则存在粘结层残留。优选地，酸处理方式包括：采用盐酸浓度在20％～30％重量百分比的酸洗溶液进行酸洗，酸洗时酸洗溶液的温度不超过80℃，控制酸洗溶液中的Fe3+和Cu2+离子的含量均不超过100ppm，酸洗溶液中会添加稳定剂，酸洗溶液与稳定剂重量比例为700～1000：1。通过上述方式，确保对MCrAlY粘结层2的去除效果。
S4、对酸洗后的参考零件进行热染处理，并且若热部件上具有遮蔽涂层，热染处理前先将遮蔽涂层去除。热染处理后，贫铝高铬层5处大致呈黄白色，与周围区域的颜色不同，从而能够确定贫铝高铬层5的位置。优选地，热染处理包括：热染处理温度为700℃±20℃，保温不小于30分钟，环境气氛为空气。
S5、根据热染处理后参考零件上的显示情况，确定MCrAlY粘结层2残留区域，将该区域作为热部件的减薄区域，由于相同热部件中贫铝高铬层5所处位置相同、以及贫铝高铬层5是相同的，因此对于该类热部件，其减薄区域都可以确认了。然后对参考零件上的减薄区域进行减薄处理，并且检测减薄情况，待减薄区域处的MCrAlY粘结层2表面的贫铝高铬层5被去除时，停止减薄处理，并确定减薄区域对应的减薄深度。
在本步骤中，减薄处理的方式包括人工打磨或局部喷砂，其中贫铝高铬层5具有一定厚度，每次人工打磨或局部喷砂能够去除一定厚度，通过多次的人工打磨或局部喷砂将贫铝高铬层5完全去除掉。在减薄处理过程中，可通过用手持式荧光光谱仪进行减薄情况检测，具体地，可根据贫铝高铬层5的大致厚度情况、以及每次打磨去除的厚度，确定每次或几次打磨后利用手持式荧光光谱仪进行一次测量，当贫铝高铬层5被打磨后，露出β相富铝层(MCrAlY粘结层2除了贫铝高铬层5之外的部分)，能够通过手持式荧光光谱仪检测出，从而确保在贫铝高铬层5去除后能够及时停止打磨工作，减少打磨工作量。优选地，减薄处理时不超过MCrAlY粘结层2在基材1中的第一扩散层3。贫铝高铬层5去除完成后，记录在减薄区域所进行的打磨次数和每次打磨厚度，即可确定该减薄区域所需要的减薄厚度。其中，利用手持式荧光光谱仪进行检测的原理为现有已知的，因此不再赘述。
S6、根据步骤S5中确认的减薄区域、以及减薄区域对应的减薄深度，在相同热部件进行减薄处理，将热部件上的MCrAlY粘结层2表面的贫铝高铬层5都去除掉。由于相同热部件的MCrAlY粘结层2表面的贫铝高铬层5所处位置和厚度是相同的，因此参考零件上的减薄区域和减薄深度即为该类热部件的减薄区域和减薄深度，确认了减薄区域和减薄深度后，只需要直接打磨，不需要再进行多次检查和多次热染处理，也避免过度打磨，减少工作量。优选地，在本步骤中，实际减薄处理去除的厚度优选略大于步骤S5中的减薄深度，以便更有效地去除表面贫铝高铬层5。
S7、对步骤S6中减薄处理后的热部件进行酸洗处理，由于贫铝高铬层5已被去除掉了，通过酸洗处理能够有效地将MCrAlY粘结层2全部去除。优选地，酸处理方式包括：采用盐酸浓度在20％～30％重量百分比的酸洗溶液进行酸洗，酸洗时酸洗溶液的温度不超过80℃，控制酸洗溶液中的Fe3+和Cu2+离子的含量均不超过100ppm，酸洗溶液中会添加稳定剂，酸洗溶液与稳定剂重量比例为700～1000：1。通过上述方式，确保对MCrAlY粘结层2的去除效果。
S8、将酸洗后的热部件进行最终热染处理，以检查最终去除效果。
本发明的服役后热部件粘接层的去除方法，通过先对参考零件进行酸洗处理、热染处理和减薄处理，确认MCrAlY粘结层2上的贫铝高铬层5的位置和厚度，从而能够精确地去除热部件的MCrAlY粘结层2上的贫铝高铬层5后，再进行酸洗处理，从而顺利地完全去除掉MCrAlY粘结层2。本方法能够有效地去除掉MCrAlY粘结层2，相对于现有设计，能够更有效发挥酸洗处理对粘结层的特异性去除能力，精确的去除粘结层，大幅地减少打磨次数和热染处理次数，降低人工成本和的设备费用，同时避免对基材1造成损伤。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种服役后热部件粘接层的去除方法，所述热部件包括基材、以及基材上的MCrAlY粘结层，其特征在于：所述去除方法包括以下步骤：
S1、使服役后的热部件的MCrAlY粘结层暴露出来；
S2、确定热部件是否需要酸洗前防护处理，如需要，则对热部件不需要进行酸洗处理的地方进行防护处理；
S3、在多个相同热部件中选取若干数量的热部件作为参考零件，对参考零件进行酸洗处理；
S4、对酸洗后的参考零件进行热染处理，并且若热部件上具有遮蔽涂层，热染处理前先将遮蔽涂层去除；
S5、根据热染处理后参考零件上的显示情况，确定MCrAlY粘结层残留区域，将该区域作为热部件的减薄区域；然后对参考零件上的减薄区域进行减薄处理，并且检测减薄情况，待减薄区域处的MCrAlY粘结层表面的贫铝高铬层被去除时，停止减薄处理，并确定减薄区域对应的减薄深度；
S6、根据步骤S5中参考零件上的减薄区域和减薄深度，对相同热部件上进行减薄处理，将热部件上的MCrAlY粘结层表面的贫铝高铬层都去除掉；
S7、对步骤S6中减薄处理后的热部件进行酸洗处理。
2.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S1包括：若热部件的MCrAlY粘结层上具有PYSZ顶层，先去除表面的PYSZ顶层，暴露出MCrAlY粘结层。
3.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S2中，对热部件的防护处理内容包括：在热部件表面不需要酸洗去除MCrAlY粘结层的区域涂覆有遮蔽涂层；用光固化树脂封堵住热部件的冷却孔；用蜡封闭热部件内部的腔室。
4.根据权利要求3所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S2中，涂覆的遮蔽涂层包括遮蔽胶和蜡液。
5.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S3中，酸处理方式包括：采用盐酸浓度在20％～30％重量百分比的酸洗溶液进行酸洗，酸洗时酸洗溶液的温度不超过80℃，控制酸洗溶液中的Fe3+和Cu2+离子的含量均不超过100ppm。
6.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S4中，热染处理包括：热染处理温度为700℃±20℃，保温不小于30分钟，环境气氛为空气。
7.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S5中，减薄处理的方式包括人工打磨和局部喷砂。
8.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S5中，减薄处理时不超过MCrAlY粘结层在基体中的第一扩散层。
9.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：所述步骤S5中，检测打磨情况的方法包括：采用荧光光谱仪，通过确认不同层的成分特征，来确认减薄区域的减薄情况。
10.根据权利要求1所述的服役后热部件粘接层的去除方法，其特征在于：还包括步骤S8、对步骤S7中酸洗处理后的热部件进行最终热染处理，检查粘接层去除效果。
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