專利名稱：一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金表面高溫腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域，特別提供了一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法。
背景技術(shù)：
K465合金葉片在氧化過程中表面生成了大量非保護(hù)性的氧化物，基體還出現(xiàn)了內(nèi)氧化和內(nèi)氮化，因此該合金在高溫使用時(shí)需要施加涂層進(jìn)行保護(hù)。單滲鋁涂層在1000°c 氧化是具有一定抗氧化能力；在1100°C氧化300h后涂層退化嚴(yán)重，失去保護(hù)作用。濺射 NiCrAlY涂層由于柱狀納米晶結(jié)構(gòu)和Cr元素的共同作用，在1000°C氧化時(shí)表面形成了致密 α-Al2O3保護(hù)膜，表現(xiàn)出很好的抗氧化性能；但在1100°C氧化時(shí)，Al2O3保護(hù)膜由于應(yīng)力開裂和Al過度消耗而不能得到維持，抗氧化性能急劇下降?，F(xiàn)有的固體鉻鋁共滲法和料漿滲法不能在帶有內(nèi)腔的零件表面制備滲層；而氣相滲法需要復(fù)雜的工裝夾具，到目前為止，也不能滿足內(nèi)腔滲層的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，以解決以往無法在帶有內(nèi)腔的零件表面制備滲層和抗高溫氧化、腐蝕性能差的問題。金屬在室溫或高溫環(huán)境工作時(shí)是不穩(wěn)定的，它們都在不同程度地遭受腐蝕，不是在室溫水溶液中被腐蝕，就是再高溫下被氧化，從而遭到破壞或變質(zhì)。本發(fā)明是在合金葉片表面滲入元素鎳鉻、鉻鋁，在高溫工作環(huán)境下，表面形成Cr203、Al2O3致密薄膜，抵抗在 IOOO0C以上工作過程的腐蝕和氧化行為，尤其對于鎳基高溫合金效果更為明顯，優(yōu)選K465 銀基尚溫合金ο本發(fā)明提供了一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下，
——制備滲劑
(1)、制備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鎳鉻滲劑；
鉻粉7% 10% ；鎳粉M% 27% ；
三氧化二鋁粉 60% 62%;鎳-釔合金粉 3% 5%;
氯化銨余量；
其中，鉻粉、鎳粉、鎳-釔合金粉為滲劑材料，能夠形成滲層；三氧化二鋁粉為填充劑， 其隔離作用，防止其他粉末燒結(jié)；氯化銨為活化劑。(2)、制備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鉻鋁滲劑；
鉻粉38% 40% ；鋁粉4% 6% ；
三氧化二鋁粉 51% 53%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨余量；
其中，鉻粉、鋁粉、鎳-釔合金粉為滲劑材料，能夠形成滲層；三氧化二鋁為填充劑，其隔離作用，防止其他粉末燒結(jié)；氯化銨為活化劑。——焙燒滲劑
(3)、將(1)中制備的鎳鉻滲劑經(jīng)1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然后用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內(nèi)待用；
(4)、將(2)中制備的鉻鋁滲劑經(jīng)1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然后用60目篩子過篩，裝入密封的容器內(nèi)待用；
將兩種滲劑進(jìn)行焙燒其目的為是滲劑材料形成中間化合物，如氯化鉻、氯化鋁等，使?jié)B劑活化，只有再一定溫度下才能活化，再擴(kuò)散退火中分解出活性鋁和鉻，這些帶有活性的鋁和鉻在高溫下才能滲入合金中，形成滲層。兩種滲劑中均加入了鎳-釔合金粉，使獲得的滲層中含有釔，提高了滲層的抗氧化性能和與基體的結(jié)合力。—制備滲層
(5)、將(3)中焙燒后的鎳鉻滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中， 然后放入真空爐內(nèi)加熱，所述真空爐內(nèi)帶有石墨加熱元件，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h,再升溫至800°C，保溫lh，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐；其中，在400°C停留，其目的為使粉料中的氯化銨分解，而最終溫度 IOOO0C 1100°C的設(shè)定是為了葉片表面更好的滲入鎳鉻滲層。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理干凈后，再將(4)中焙燒后的鉻鋁滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然后放入真空爐內(nèi)加熱，所述真空爐內(nèi)帶有石墨加熱元件，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫 Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐；其中，在400°C停留，其目的為使粉料中的氯化銨分解，而最終溫度1100°C 1200°C的設(shè)定是為了葉片表面更好的滲入鉻鋁滲層，中間的各溫度是為了均勻升溫。然而，滲層的保護(hù)性能取決與滲層的厚度和鋁的濃度。滲層經(jīng)受長時(shí)間高溫作用后，如果其它條件相同，則滲層中鋁的最大含量視滲層的厚度而定。滲層越厚，深層中的鋁貯存量越多，滲層中鋁的濃度降低的越慢。但是，滲層深度加厚或鋁濃度增加，滲層變脆，顯著影響疲勞性能，因此，對于轉(zhuǎn)子葉片，滲層應(yīng)控制在0. 04mm以內(nèi)為宜。本發(fā)明提供的空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)在于使鎳基高溫合金葉片的工作溫度從900°C提高到1050°C 1100°C，可以使葉片內(nèi)腔及外表面同時(shí)制備滲層，并能顯著提高葉片的抗高溫氧化、腐蝕能力。


圖1為滲層金相組織圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將燃?xì)鉁u輪空心葉片進(jìn)行抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備，且燃?xì)鉁u輪空心葉片的材料為K465鎳基高溫合金，具體的制備方法如下 ——制備滲劑
(1)、制備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鎳鉻滲劑；
鉻粉7% ；鎳粉27% ；
三氧化二鋁粉 60%;鎳-釔合金粉 5%;
氯化銨余量；
(2)、制備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鉻鋁滲劑；
鉻粉38% ；鋁粉5% ；
三氧化二鋁粉 51%;鎳-釔合金粉 5%;
氯化銨余量；
——焙燒滲劑
(3)、將(1)中制備的鎳鉻滲劑經(jīng)1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然后用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內(nèi)待用；
(4)、將(2)中制備的鉻鋁滲劑經(jīng)1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然后用60目篩子過篩，裝入密封的容器內(nèi)待用；
——制備滲層
(5)、將(3)中焙燒后的鎳鉻滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中，然后放入真空爐內(nèi)加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫Ih，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理干凈后，再將(4)中焙燒后的鉻鋁滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然后放入真空爐內(nèi)加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至 1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐。最終制得燃?xì)鉁u輪空心葉片的抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層，其滲層金相組織，見圖1。整個(gè)滲層由內(nèi)、外兩層構(gòu)成，外層除滲層基相外還存在少量的條狀相，而內(nèi)層由許多粒狀條狀相相間分布構(gòu)成，元素濃度分析結(jié)果表明外層Al濃度明顯提高已達(dá)到20%以上，可以形成β-NiAl相，內(nèi)層相結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可能包括NiAl相、Y’相以及各種碳化物相等， 滲層厚度約為0. 02mm 0. 035mm。對比例1
取同實(shí)施例1中相同的燃?xì)鉁u輪空心葉片，材料為K465鎳基高溫合金，但K465鎳基高溫合金上無任何滲層。滲層抗氧化、腐蝕性能測試
對滲鎳鉻-鉻鋁后的K465鎳基高溫合金和無任何滲層的K465鎳基高溫合金進(jìn)行抗氧化、腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)見表1、表2。與K465合金相比，滲鎳鉻-鉻鋁后的K465合金的抗氧化性能提高了 1. 16倍，滲層抗腐蝕性能提高了 36倍。
K465合金滲NiCr-CrAl后抗氧化、抗腐蝕性能提高的主要因素是滲層中Al、Cr濃度高形成NiAl相和α-Cr相的貢獻(xiàn)，鋁化物滲層具有保護(hù)性能是由于在表面形成了致密的保護(hù)性能良好的Al2O3膜。表1 氧化試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)條件試驗(yàn)溫度1050°C，IOOh)
權(quán)利要求
1.一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下，——制備滲劑(1)、制備鎳鉻滲劑將鉻粉、鎳粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鎳鉻滲劑；鉻粉7% 10% ；鎳粉M% 27% ；三氧化二鋁粉 60% 62%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨余量；(2)、制備鉻鋁滲劑將鉻粉、鋁粉、三氧化二鋁粉、鎳-釔合金粉、氯化銨按照如下重量比配制成鉻鋁滲劑；鉻粉38% 40% ；鋁粉4% 6% ；三氧化二鋁粉 51% 53%;鎳-釔合金粉 3% 5%;氯化銨余量；——焙燒滲劑(3)、將(1)中制備的鎳鉻滲劑經(jīng)1000°C ΙΟδΟ /Ι Γ !焙燒，然后用60目篩子過篩， 裝入密封的容器內(nèi)待用；(4)、將(2)中制備的鉻鋁滲劑經(jīng)1100°C 1150°C/lh 2h和950°C 1000°C /lh 2h焙燒，然后用60目篩子過篩，裝入密封的容器內(nèi)待用；——制備滲層(5)、將(3)中焙燒后的鎳鉻滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鎳鉻滲劑埋入滲罐中，然后放入真空爐內(nèi)加熱，首先加熱到400°C，保溫1. 5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫值最終溫度1000°C 1100°C，保溫4h 5h，隨爐冷卻至200°C以下，出爐。(6)、將(5)中出爐的葉片上的鎳鉻滲劑清理干凈后，再將(4)中焙燒后的鉻鋁滲劑灌入葉片內(nèi)腔內(nèi)，并將葉片用鉻鋁滲劑埋入滲罐中，然后放入真空爐內(nèi)加熱，首先加熱到 400°C，保溫1.5h 2h，再升溫至800°C，保溫lh，再升溫至1000°C，保溫2h，再升溫至 1050°C，保溫2h，再升溫至最終溫度1100°C 1200°C，保溫Ih 1. 5h，隨爐冷至200°C以下，出爐。
2.按照權(quán)利要求1所述空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，其特征在于所述的空心葉片為鎳基高溫合金空心葉片。
全文摘要
一種空心葉片內(nèi)腔抗高溫氧化及腐蝕擴(kuò)散滲層的制備方法，其特征在于具體的制備步驟如下，制備鎳鉻滲劑和鉻鋁滲劑；將制備的鎳鉻滲劑經(jīng)1000℃～1050℃/1h~2h焙燒，然后用60目篩子過篩，裝入密封的容器內(nèi)待用；然后制備的鉻鋁滲劑經(jīng)1100℃～1150℃/1h~2h和950℃～1000℃/1h~2h焙燒，然后用60目篩子過篩，裝入密封的容器內(nèi)待用；然后制備空心葉片的滲層，該滲層使鎳基高溫合金葉片的工作溫度從900℃提高到1050℃～1100℃，可以使葉片內(nèi)腔及外表面同時(shí)制備滲層，并能顯著提高葉片的抗高溫氧化、腐蝕能力。
文檔編號C23C10/58GK102485934SQ20101056827
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者史鳳嶺, 張凡云, 張尊禮, 彭新, 牛靜 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司