本發(fā)明屬于單晶高溫合金表面防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法。

背景技術(shù)：

1、近年單晶高溫合金作為力學(xué)性能優(yōu)良的新型材料已被應(yīng)用于先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，其具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、組織穩(wěn)定并且鑄造工藝性能好，具有良好綜合性能。面對(duì)海洋服役環(huán)境和更高的渦輪進(jìn)口溫度，要求葉片材料具有更高的抗高溫氧化和抗高溫腐蝕能力。而dd5合金中鋁元素含量約為6％wt，含量較低，抗高溫氧化及腐蝕能力有限，因此，需要在零件表面制備高溫防護(hù)涂層，用來提高合金基體的抗高溫氧化和抗高溫腐蝕能力。鈷鋁涂層可以在表面快速地生成一層致密的al2o3薄膜，同時(shí)提高滲層的鈷含量，提高dd5合金抗高溫腐蝕能力，基于以上優(yōu)點(diǎn)，鈷鋁涂層是目前應(yīng)用于船用燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的常用表面防護(hù)涂層。

2、目前，在高溫合金葉片表面制備鈷鋁涂層的常用方法有粉末包埋法、氣相循環(huán)法和化學(xué)氣相沉積法。公告號(hào)為cn?106222607b的專利，提出一種在發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜內(nèi)腔葉片上使用氣相循環(huán)法滲鈷鋁的方法。但是對(duì)于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片，無法通過對(duì)內(nèi)腔吹砂去除鈍化層，并且在馬弗罐中緩慢的隨爐冷降溫有降低合金強(qiáng)度并產(chǎn)生再結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。而粉末包埋法的粉末在高溫下極易燒結(jié)，粘在葉片內(nèi)腔不易清理?；瘜W(xué)氣相沉積法可以通過控制氣體流量穩(wěn)定的向復(fù)雜內(nèi)腔的單晶葉片內(nèi)部輸入反應(yīng)氣體，達(dá)到控制滲鋁層組織成分、結(jié)構(gòu)和性能的目的，已經(jīng)逐漸成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片內(nèi)腔滲層的首選工藝。化學(xué)氣相沉積法制備鈷鋁涂層可以分為分步法滲鈷鋁和一步法滲鈷鋁，其中一步法鈷鋁共滲可以減少工藝熱過程對(duì)零件的影響，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。通過設(shè)計(jì)雙氣路的鈷鋁共滲發(fā)生裝置，使各步反應(yīng)通入的反應(yīng)氣更純凈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，用以穩(wěn)定的在燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片表面沉積鈷鋁涂層。

2、一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，包括以下步驟：

3、s1，將葉片進(jìn)行酒精介質(zhì)的低頻超聲波清洗，時(shí)間不超過5min，使用壓縮空氣將葉片吹干；

4、s2，布置雙氣路石墨鈷鋁共滲發(fā)生裝置，裝置分為內(nèi)氣路和外氣路，其中外氣路為滲鈷氣路，反應(yīng)氣從側(cè)管通入，內(nèi)氣路為滲鋁氣路，反應(yīng)氣從底部管路通入，在其中放入預(yù)設(shè)重量的鈷粒和鈷鋁合金顆粒；

5、s3，對(duì)葉片榫齒等不需要涂層的表面涂刷防滲保護(hù)劑；

6、s4，將葉片放置于支撐、導(dǎo)氣葉片工裝底座內(nèi)，將接觸位置的縫隙用保護(hù)劑填縫；

7、s5，將葉片和石墨鈷鋁共滲發(fā)生裝置置于cvd設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)，將反應(yīng)室抽至預(yù)設(shè)壓強(qiáng)的真空狀態(tài)，進(jìn)行保壓；

8、s6，向反應(yīng)室充入氬氣，氣壓保持預(yù)設(shè)壓強(qiáng)值，將反應(yīng)室從室溫以設(shè)定的升溫速率加熱至預(yù)設(shè)溫度；

9、s7，停止通入氬氣，向反應(yīng)室沖入氫氣，氣壓保持預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，使殘余的氬氣排出反應(yīng)室；

10、s8，向反應(yīng)室持續(xù)通入經(jīng)過預(yù)熱的的氯化氫氣體、氬氣和氫氣，氣壓保持預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)，反應(yīng)氣體經(jīng)鈷鋁共滲外氣路流入葉片榫頭進(jìn)氣口進(jìn)入葉片內(nèi)腔并由尾緣排氣孔流出，再由反應(yīng)室出氣口流出后經(jīng)過冷阱通入堿性中和站；

11、s9，向反應(yīng)室持續(xù)通入經(jīng)過預(yù)熱的的氯化氫氣體和氫氣，氣壓保持預(yù)設(shè)壓強(qiáng)，溫度保持預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)，反應(yīng)氣體經(jīng)鈷鋁共滲內(nèi)氣路流入葉片榫頭進(jìn)氣口進(jìn)入葉片內(nèi)腔并由尾緣排氣孔流出，再由反應(yīng)室出氣口流出后經(jīng)過冷阱通入堿性中和站；

12、s10，將反應(yīng)室保溫至預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)，保溫結(jié)束后，停止通入氯化氫氣體和氫氣，持續(xù)通入氬氣進(jìn)行冷卻，待葉片隨反應(yīng)室冷卻至低于100℃后，停止抽真空，待反應(yīng)室壓強(qiáng)升至大氣壓后，停止通入氬氣，吊起反應(yīng)罩，取出葉片，完成鈷鋁涂層的制備；

13、s11，將滲鋁處理后的葉片進(jìn)行均勻化擴(kuò)散熱處理，得到內(nèi)腔表面具有β-(ni，co)al相涂層的鎳基單晶高溫合金葉片。

14、進(jìn)一步地，所述s2中鈷粒的預(yù)設(shè)重量為5kg～10kg，鈷鋁合金顆粒重量為1kg～2kg。

15、進(jìn)一步地，所述s5中預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為20mbar。

16、進(jìn)一步地，所述雙氣路石墨鈷鋁共滲發(fā)生裝置內(nèi)氣路流通氯化氫、氫氣氣體進(jìn)行滲鋁處理，外氣路流通氯化氫、氫氣和氬氣氣體進(jìn)行滲鈷處理。

17、進(jìn)一步地，所述s6中預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為180～220mbar，升溫速率為5℃/min，預(yù)設(shè)溫度為950℃～1000℃。

18、進(jìn)一步地，所述s8中氯化氫流量為1～2l/min，氫氣流量為1～10l/min，氬氣流量為1～5l/min；預(yù)設(shè)保溫時(shí)長(zhǎng)為2～4h，預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為180～220mbar。

19、進(jìn)一步地，所述s9中氯化氫流量為0.5～1l/min，氫氣流量為5～15l/min；預(yù)設(shè)保溫時(shí)長(zhǎng)為2～4h。

20、進(jìn)一步地，所述s11中預(yù)設(shè)的擴(kuò)散熱處理溫度為1000～1080℃，擴(kuò)散熱處理時(shí)間為4～5h。

21、進(jìn)一步地，所述s6、s8和s9中預(yù)設(shè)溫度和保溫時(shí)間控制，通常為20～40μm。

22、進(jìn)一步地，所述s6、s8和s9中氯化氫流量控制為鋁元素含量18wt.％～35wt.％，鈷元素含量6wt.％～12wt.％。

23、本發(fā)明的有益效果在于：

24、1、使用鈷鋁共滲發(fā)生裝置，可一步法制備鈷鋁涂層；

25、2、制備流程簡(jiǎn)單，原料成本低，涂層厚度均勻可控；

26、3、涂層組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，涂層加工結(jié)果可重現(xiàn)性好；

27、4、擴(kuò)散熱處理可以和合金時(shí)效熱處理結(jié)合，減少對(duì)基體的熱過程影響，但仍可以得到組織穩(wěn)定的β-ni(co，al)相。

技術(shù)特征：

1.一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s2中鈷粒的預(yù)設(shè)重量為5kg～10kg，鈷鋁合金顆粒重量為1kg～2kg。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s5中預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為20mbar。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述雙氣路石墨鈷鋁共滲發(fā)生裝置內(nèi)氣路流通氯化氫、氫氣氣體進(jìn)行滲鋁處理，外氣路流通氯化氫、氫氣和氬氣氣體進(jìn)行滲鈷處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s6中預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為180～220mbar，升溫速率為5℃/min，預(yù)設(shè)溫度為950℃～1000℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s8中氯化氫流量為1～2l/min，氫氣流量為1～10l/min，氬氣流量為1～5l/min；預(yù)設(shè)保溫時(shí)長(zhǎng)為2～4h，預(yù)設(shè)壓強(qiáng)為180～220mbar。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s9中氯化氫流量為0.5～1l/min，氫氣流量為5～15l/min；預(yù)設(shè)保溫時(shí)長(zhǎng)為2～4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s11中預(yù)設(shè)的擴(kuò)散熱處理溫度為1000～1080℃，擴(kuò)散熱處理時(shí)間為4～5h。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s6、s8和s9中預(yù)設(shè)溫度和保溫時(shí)間控制，通常為20～40μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，其特征在于，所述s6、s8和s9中氯化氫流量控制為鋁元素含量18wt.％～35wt.％，鈷元素含量6wt.％～12wt.％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于船用燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片內(nèi)腔鈷鋁共滲方法，化學(xué)氣相沉積一步法制備鈷鋁涂層：使用雙氣路鈷鋁共滲發(fā)生裝置，對(duì)所述經(jīng)過預(yù)處理的單晶高溫合金葉片進(jìn)行化學(xué)氣相沉積滲鈷鋁，一步法得到內(nèi)腔帶鈷鋁涂層的單晶高溫合金葉片；擴(kuò)散退火處理：對(duì)所述表面經(jīng)過化學(xué)氣相沉積處理的單晶高溫合金葉片進(jìn)行擴(kuò)散退火處理，得到擴(kuò)散退火處理后的單晶高溫合金葉片。本發(fā)明可以一步法制備鈷鋁涂層，提高加工效率，擴(kuò)散結(jié)合合金時(shí)效過程，減少熱過程對(duì)零件的影響，制備的涂層具有單相β?Ni(Co，Al)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：邢麗丹,趙強(qiáng),高碩,祁一東,李洋,于雙雙,李航,楊成,杜義涵,程浩然,趙亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中船重工龍江廣瀚燃?xì)廨啓C(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8