一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化學(xué)氣相沉積技術(shù)，涉及一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法。本發(fā)明的高硅含量滲鋁硅料漿由滲劑和粘結(jié)劑組成，滲劑為純鋁粉和金屬硅粉，粘結(jié)劑為丙酮、乙酰丙酮和硝化纖維素。本發(fā)明制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的步驟是：配制滲鋁硅料漿；渦輪葉片表面清理；涂覆滲鋁硅料漿；滲鋁硅料漿干燥；形成鋁硅滲層；清理渦輪葉片；鋁硅滲層擴散。本發(fā)明提出了一種高硅含量滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，滿足航空發(fā)動機研制的需要。
【專利說明】一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)氣相沉積技術(shù)，涉及一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)用于制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的滲鋁硅料漿中硅含量較低約為3%wt，沒有10%wt高硅含量鋁硅滲層工藝，無法滿足新型航空發(fā)動機渦輪葉片高溫及轉(zhuǎn)動摩擦工作環(huán)境的使用要求。未檢索到國外有關(guān)制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的公開文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提出一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，以滿足航空發(fā)動機研制的需要。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種滲鋁硅料漿，其特征在于，它由滲劑和粘結(jié)劑組成，滲劑為純鋁粉和金屬硅粉，純鋁粉占滲劑重量的20%~30%，余量為金屬硅粉，純鋁粉的粒度為-1000目，金屬硅粉的粒度為-200目，純鋁粉和金屬硅粉的純度為工業(yè)純；粘結(jié)劑為丙酮、乙酰丙酮和硝化纖維素,每100ml丙酮中加入乙酰丙酮15ml~35ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液，每100m l丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素1.5g~4g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為:每100ml粘結(jié)劑中加入75g~90g滲劑。
[0005]一種制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，其特征在于，制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的步驟如下:
[0006]1、配制滲鋁硅料漿:分別按上面所說高硅含量滲鋁硅料漿的成分比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨至少 12h ；
[0007]2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為120~220目，吹砂風(fēng)壓≤0.2MPa，吹砂時間5s~1Os ；
[0008]3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為0.9mm~1.5mm ；
[0009]4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為100°C~130°C，干燥時間不少于2h ；
[0010]5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空,使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作不少于3次；將馬弗罐隨爐加熱至:900°C ±10°C，保溫時間為:20分鐘~30分鐘；然后隨爐冷卻至700°C以下將馬弗罐出爐空冷至室溫；
[0011]6、清理渦輪葉片:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；
[0012]7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65X10_2Pa，加熱到8000C ±10°C，分壓到6.65~10.64Pa，繼續(xù)加熱到950°C ±10°C，保溫時間為:120分鐘~140分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持0.8~Ibar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到80°C以下出爐。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:提出了一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，滿足了航空發(fā)動機研制的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是滲鋁硅前后及擴散后試片的外觀照片。其中a是滲鋁硅前的試片外觀照片，b是滲鋁硅后的試片外觀照片，c是擴散后的試片外觀照片。在擴散前鋁硅滲層較脆，易剝落；經(jīng)擴散后形成致密的鋁硅滲層。
[0015]圖2是鋁硅滲層放大500倍的金相組織照片。金相分析表明:滲層深度35~55 μ m，滲層組織均勻連續(xù)致密。經(jīng)擴散處理后的鋁硅滲層顯微硬度值為733HVai。
[0016]圖3是滲層成分分析曲線。其中左圖是鋁元素含量隨滲層深度的變化曲線，右圖是硅元素含量隨滲層深度的變化曲線。光譜檢測表明:滲鋁硅層中硅元素含量8~11%(wt)，鋁元素含量30~36% (Wt)0
【具體實施方式】
[0017]下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種滲鋁硅料漿，其特征在于，它由滲劑和粘結(jié)劑組成，滲劑為純鋁粉和金屬硅粉，純鋁粉占滲劑重量的20%~30%，余量為金屬硅粉，純鋁粉的粒度為-1000目，金屬硅粉的粒度為-200目，純鋁粉和金屬硅粉的純度為工業(yè)純；粘結(jié)劑為丙酮、乙酰丙酮和硝化纖維素，每100ml丙酮中加入乙酰丙酮15ml~35ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液，每100ml丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素1.5g~4g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為--每100ml粘結(jié)劑中加入75g~90g滲劑。
[0018]一種制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，其特征在于，制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的步驟如下:
[0019]1、配制滲鋁硅料漿:分別按上面所說高硅含量滲鋁硅料漿的成分比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨至少 12h ；
[0020]2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為120~220目，吹砂風(fēng)壓≤0.2MPa，吹砂時間5s~IOs ；
[0021]3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為0.9mm~1.5mm ；
[0022]4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為100°C~130°C，干燥時間不少于2h ；
[0023]5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空,使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作不少于3次；將馬弗罐隨爐加熱至:900°C ±10°C，保溫時間為:20分鐘~30分鐘；然后隨爐冷卻至700°C以下將馬弗罐出爐空冷至室溫；
[0024]6、清理渦輪葉片:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；
[0025]7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65X10_2Pa，加熱到8000C ±10°C，分壓到6.65~10.64Pa，繼續(xù)加熱到950°C ±10°C，保溫時間為:120分鐘~140分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持0.8~Ibar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到80°C以下出爐。
[0026]實施例1，制備某型航空發(fā)動機渦輪葉片鋁硅滲層。
[0027]1、配制滲招娃料衆(zhòng):純招粉占滲劑重量的20%,余量為金屬娃粉；每100ml丙酮中加入乙酰丙酮15ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液，每100ml丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素1.5g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為:每100ml粘結(jié)劑中加入75g滲劑。分別按上面所說高硅含量滲鋁硅料漿的成分比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨12h ；
[0028]2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為120目，吹砂風(fēng)壓為0.2MPa，吹砂時間5s ；
[0029]3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為0.9mm ；
[0030]4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為100°C，干燥時間為3h ；
[0031]5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空,使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作3次；將馬弗罐隨爐加熱至900°C，保溫時間為20分鐘；然后隨爐冷卻至680°C將馬弗罐出爐空冷至室溫；
[0032]6、清理渦輪葉片:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；
[0033]7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65X10_2Pa，加熱到800°C，分壓到6.65Pa，繼續(xù)加熱到950°C，保溫時間為120分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持0.8bar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到70°C出爐。
[0034]按照實施例1的工藝方法，同時制備了鋁硅滲層試片，試片的材質(zhì)和某型航空發(fā)動機渦輪葉片的材質(zhì)相同。參見圖1，其中a是滲鋁硅前的試片外觀照片，b是滲鋁硅后的試片外觀照片，c是擴散后的試片外觀照片。在擴散前鋁硅滲層較脆，易剝落；經(jīng)擴散后形成致密的鋁硅滲層。
[0035]圖2是試片切面的鋁硅滲層放大500倍的金相組織照片。金相分析表明:滲層深度35~55 μ m，滲層組織均勻連續(xù)致密。經(jīng)擴散處理后的鋁硅滲層顯微硬度值為733HV。.lt)
[0036]圖3是試片滲層成分分析曲線。其中左圖是鋁元素含量隨滲層深度的變化曲線，右圖是硅元素含量隨滲層深度的變化曲線。光譜檢測表明:滲鋁硅層中硅元素含量8~11%(wt)，鋁元素含量30~36% (Wt)0
[0037]實施例2，制備某型航空發(fā)動機渦輪葉片鋁硅滲層。
[0038]1、配制滲鋁硅料漿:純鋁粉占滲劑重量的25%，余量為金屬硅粉；每100ml丙酮中加入乙酰丙酮25ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液，每100ml丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素3g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為:每100ml粘結(jié)劑中加入80g滲劑。分別按上面所說高硅含量滲鋁硅料漿的成分比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨14h ；
[0039]2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為180目，吹砂風(fēng)壓為0.15MPa，吹砂時間8s ；
[0040]3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為1.2mm ；
[0041]4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為120°C，干燥時間為2.5h ；
[0042]5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空,使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作4次；將馬弗罐隨爐加熱至900°C，保溫時間為25分鐘；然后隨爐冷卻至680°C將馬弗罐出爐空冷至室溫；
[0043]6、清理渦輪葉片`:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；
[0044]7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65X10_2Pa，加熱到800°C，分壓到8Pa，繼續(xù)加熱到950°C，保溫時間為130分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持0.9bar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到60°C出爐。
[0045]葉片截面金相分析表明:滲層深度38~45 μ m,滲層組織均勻連續(xù)致密。
[0046]葉片表面招娃滲層的光譜檢測表明:滲招娃層中娃兀素含量8~10% (wt),招兀素含量30~33% (wt)。
[0047]實施例3，制備某型航空發(fā)動機渦輪葉片鋁硅滲層。
[0048]1、配制滲招娃料衆(zhòng):純招粉占滲劑重量的30%,余量為金屬娃粉；每100ml丙酮中加入乙酰丙酮35ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液，每100ml丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素4g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為:每100ml粘結(jié)劑中加入90g滲劑。分別按上面所說高硅含量滲鋁硅料漿的成分比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨15h ；
[0049]2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為220目，吹砂風(fēng)壓為0.1MPa，吹砂時間IOs ；
[0050]3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為1.5mm ；
[0051]4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為130°C，干燥時間為2h ；
[0052]5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空,使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作5次；將馬弗罐隨爐加熱至900°C，保溫時間為30分鐘；然后隨爐冷卻至680°C將馬弗罐出爐空冷至室溫；
[0053]6、清理渦輪葉片:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；
[0054]7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65X10_2Pa，加熱到800°C，分壓到10Pa，繼續(xù)加熱到950°C，保溫時間為140分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持lbar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到50°C出爐。
[0055]葉片截面金相分析表明:滲層深度40~50 μ m,滲層組織均勻連續(xù)致密。
[0056]葉片表面招娃滲層的光譜檢測表明:滲招娃層中娃兀素含量9~11% (wt),招兀素含量30~35% (wt)。
【權(quán)利要求】
1.一種滲鋁硅料漿，其特征在于，它由滲劑和粘結(jié)劑組成，滲劑為純鋁粉和金屬硅粉，純鋁粉占滲劑重量的20%~30%，余量為金屬硅粉，純鋁粉的粒度為-1000目，金屬硅粉的粒度為-200目，純鋁粉和金屬硅粉的純度為工業(yè)純；粘結(jié)劑為丙酮、乙酰丙酮和硝化纖維素，每100ml丙酮中加入乙酰丙酮15ml~35ml組成丙酮和乙酰丙酮混合液,每100ml丙酮和乙酰丙酮混合液中加入硝化纖維素1.5g~4g ;滲劑與粘結(jié)劑的用量為--每100ml粘結(jié)劑中加入75g~90g滲劑。
2.一種制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法，其特征在于，制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的步驟如下:2.1、配制滲鋁硅料漿:分別按比例稱取滲劑和粘結(jié)劑的原料，將滲劑和粘結(jié)劑分別混合，然后將滲劑和粘結(jié)劑混合，放在球磨機上球磨至少12h ；2.2、渦輪葉片表面清理:采用干吹砂或濕吹砂的方法清理渦輪葉片表面，砂型為三氧化二鋁砂，粒度為120~220目，吹砂風(fēng)壓≤0.2MPa，吹砂時間5s~IOs ；2.3、涂覆滲鋁硅料漿:用刷子將滲鋁硅料漿涂覆在渦輪葉片待制備滲鋁硅層的表面，厚度為0.9mm~1.5mm ；2.4、滲鋁硅料漿干燥:將涂覆滲鋁硅料漿的渦輪葉片放在烘箱中干燥，溫度為100°C~130°C，干燥時間不少于2h ；2.5、形成鋁硅滲層:將渦輪葉片放入有蓋的不銹鋼料盒里，再置于馬弗罐內(nèi)，對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到-0.1MPa壓力表值，回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值；再次對罐體抽真空，使壓力表顯示的罐內(nèi)壓力重新達(dá)到-0.1MPa壓力表值，然后再次回充氬氣到壓力表顯示的罐內(nèi)壓力達(dá)到OMPa壓力表值，這樣重復(fù)操作不少于3次；將馬弗罐隨爐加熱至:900°C ±10°C，保溫時間為:20分鐘~30分鐘；然后隨爐冷卻至700°C以下將馬弗罐出 爐空冷至室溫；2.6、清理渦輪葉片:將渦輪葉片從馬弗罐中取出，在流動水中用刷子清理掉表面殘留的滲鋁硅料漿，再用壓縮空氣將渦輪葉片吹干；2.7、鋁硅滲層擴散:將渦輪葉片放在真空爐中，抽真空到6.65 X 10?,加熱到8000C ±10°C，分壓到6.65~10.64Pa，繼續(xù)加熱到950°C ±10°C，保溫時間為:120分鐘~140分鐘，然后向真空爐中通入氬氣冷卻，使真空爐中壓力保持0.8~Ibar，并打開風(fēng)扇，將渦輪葉片冷卻到80°C以下出爐。
【文檔編號】C23C10/30GK103589992SQ201310574372
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】李廷輝, 劉紅斌, 宋本縣, 黃輝, 王文軍, 古宏博, 單建紅, 杜艷 申請人:西安航空動力股份有限公司