高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法及修复用粉末技术

本发明专利技术公开了一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法及修复用粉末，其修复方法包括有如下步骤：1）对叶片叶尖进行高速磨削；2）制备喷涂粉末；3）采用超音速火焰喷涂粉末对压气机叶片叶尖进行接长修复；4）将喷涂接长后的叶片叶尖进行振动光饰；5）对振动光饰后的叶片叶尖进行高速磨削；其中，制备喷涂粉末的方式为：将镍铬铁钼粉末与碳化铬陶瓷粉末混合搅拌；将混料与去离子水、粘接剂一起混合球磨；球磨后经雾化造粒得到球形粉，球形粉真空烧结、破碎、筛分得到喷涂粉末。筛分得到喷涂粉末。筛分得到喷涂粉末。

【技术实现步骤摘要】
高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法及修复用粉末


[0001]本专利技术涉及航空发动机维修
，特别是一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法及修复用粉末。

技术介绍

[0002]某型航空发动机高压压气机转子叶片采用高温合金制造，在服役过程中，转子叶片的叶尖与静子机匣涂层之间会发生相互刮磨，从而导致叶尖磨损，造成叶尖与涂层的之间的配合间隙变大，从而使压气机的效率大幅下降。为了保证发动机正常工作，在发动机进行级维修时，需对叶尖磨损超差的叶片叶尖进行接长修理。
[0003]压气机转子属于薄壁变截面零件，叶片最薄处仅有0.2 mm，叶片最厚处也仅有0.7mm，且压气机转子修复区为曲面，修复时需要也对曲面的弧形边缘进行堆材，因此相比于具有一定厚度和面积的平面零件来说，压气机转子修复方式的选择受到了诸多限制，一些修复方式难以保证曲面的曲率以及弧形边缘的材料沉积。其次，叶片表面修复后对粗糙度有要求，粗糙度过大或则过小都会影响叶片的气动性能，所以对修复的材料也需要特别选择。故此，针对高温合金压气机叶片叶尖的接长修复往往难度较大。
[0004]目前，针对航空发动机压气机转子叶片叶尖磨损修复，主要包括几种。如中国公开专利CN 112077309，提出采用激光选区熔化和电子束选区熔化工艺对钛合金类压气机转子叶片叶尖进行接长修复；通过激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备在叶片的叶尖表面进行逐层铺粉并利用激光或电子束扫描成形。但该方法需要对每一片叶片进行三维扫描后进行逆向建模，对于工业生产性的修复厂家来说，修复大批量的叶片叶尖时，该方法需要分别建模导致耗费大量的时间。
[0005]又如中国公开专利CN 112276082通过设计批量装夹工装并利用3D打印的方式将压气机转子叶片叶尖进行接长；利用3D打印成型对叶片叶尖进行接长修复，实现批量化修复。但是该方法利用3D打印修复时，也需要进行建模并赋予每一次打印参数，另外采用3D打印的方式将修复材料铺在叶片叶尖上，叶片表面的粗糙度不能达到要求，每一个叶片都需要经过手工抛光打磨才能完成修复，还是无法彻底实现批量化修复。
[0006]中国公开专利CN207027289 U还指出目前针对压气机转子叶片叶尖磨损其主要的修复方法有激光熔覆、氩弧焊、微弧等离子焊等方法。虽然激光熔覆、氩弧焊、微弧等离子焊的修理方法能有效解决压气机转子叶片叶尖磨损故障，但无论是激光熔覆、氩弧焊、微弧等离子焊还是3D打印均属于熔焊修复方法，本质上都是通过堆积与母材成分一致或接近的母材合金进行叶片尺寸修复，无法实现净近成形修复，焊接后均存在着加工余量大，因此焊后需要进行打磨、修型等步骤将多余的修复区去除，还需要经过抛光、热处理去应力、振动光饰等工序，因此修理工序较长、修理效率较低，一次只能修复单片叶片，而每台发动机修复叶片数百件，无法满足叶片批量修复需求，且修复后的叶尖耐磨性能没能得到大幅提高，使用一个周期后叶尖又会出现磨损。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法及修复用粉末。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法，包括有如下步骤：1）对叶片叶尖进行高速磨削；2）制备喷涂粉末；3）采用超音速火焰喷涂粉末对压气机叶片叶尖进行接长修复；4）将喷涂接长后的叶片叶尖进行振动光饰；5）对振动光饰后的叶片叶尖进行高速磨削；其中，制备喷涂粉末的方式为：将镍铬铁钼粉末与碳化铬陶瓷粉末混合搅拌；将混料与去离子水、粘接剂一起混合球磨；球磨后经雾化造粒得到球形粉，球形粉真空烧结、破碎、筛分得到喷涂粉末；优选的，步骤3）中进行超音速火焰喷涂修复时，用工装将叶片排列成一排，从压气机叶片叶盆一侧进行喷涂，使喷涂射流与叶尖成70～85
°
；优选的，步骤3）中超音速火焰喷涂的涂层结合强度≥69 MPa；涂层硬度为HV
0.3
控制在：820～1080；涂层与高温合金基体在650℃下水冷热震性能≥200次；涂层粗糙度≤1.6μm，涂层厚度为0.3～0.5 mm；优选的，步骤3）进行超音速火焰喷涂修复前，采用喷砂的方式对压气机转子叶片叶尖以及距叶尖2～3 mm的叶盆位置进行粗化处理；粗化处理至叶尖及叶盆侧的粗糙度为3～4 μm；优选的，步骤3）中进行超音速火焰喷涂修复时，燃气类型为：丙烷+氧气，丙烷流量为：27
±
5 FMR；氧气流量为：40
±
5 FMR；氧气压力为：160
±
5 PSi，丙烷压力为：140
±
5 PSi；送粉气流量为：3.5；送粉速率为：35
±
3 g/min；喷涂距离为：300
±
20 mm；送粉方式为：轴向送粉；优选的，步骤4）进行振动光饰时，振动频率为30
±
5 Hz；时间为：90～120 min；振动光饰磨料为：6mm≤边长≤16 mm的斜三角形陶瓷块；振动光饰磨液包括以下成分：5～15g/L NaNO3、2～4g/L NaCO3、1～3g/L OP
‑
7乳化剂、1～3g/L肥皂水，余量为水；进一步的，本专利技术还提供一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复用粉末，采用如下方法制备：将镍铬铁钼粉末与碳化铬陶瓷粉末混合搅拌；将混料与去离子水、粘接剂一起混合球磨；球磨后经雾化造粒得到球形粉，球形粉真空烧结、破碎、筛分得到喷涂粉末；优选的，原料粉末中包括有7～10份粒度为10～25um镍铬铁钼粉末，以及90
‑
93份粒度为3～10um的碳化铬粉末；优选的，所述镍铬铁钼粉末按照重量份数为：18～21份铬、16～18份铁、2～4份钼，其余为镍；优选的，所述粘接剂为聚乙烯醇；球磨时间为24～28h；真空烧结温度为800～1150℃；真空烧结时间为2～8h。
[0009]本专利技术具有以下优点：1、传统的激光、氩弧焊、微束等离子焊等熔焊接长的修理流程为：叶片叶尖高速叶
尖磨
→
焊前打磨
→
清洗
→
激光或微束等离子焊或氩弧焊等焊接修复
→
焊后修型
→
热处理
→
抛光
→
恢复喷丸层
→
叶片叶尖高速叶尖磨，本专利技术采用的方法不需要焊前打磨、清洗、焊后修型、热处理、恢复喷丸层等工序，修理流程较短；传统的焊接接长工艺一般为单件修复，修理完一件，移动焊枪再修理另一件，或者修复后需要单件手动抛光，修复效率较低，而超音速喷涂接长为批量修复移动喷枪一次扫略多件，整个过程不需要单件处理，均为机械化批量修复，修理效率更高，整过修理过程可节约2/3以上的修理周期。
[0010]2、传统的熔焊修复方法一般通过堆焊与基体材料相同或相近的合金对叶片叶尖进行接长，修复的叶片叶尖耐磨性与基材相当或低于基材，修复后的叶尖耐磨性能未能得到提高；而本专利技术通过合理设计粉末成分、粉末粒度、涂层工艺参数、涂层硬度范围、水冷热震本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法，其特征在于，包括有如下步骤：1）对叶片叶尖进行高速磨削；2）制备喷涂粉末；3）采用超音速火焰喷涂粉末对压气机叶片叶尖进行接长修复；4）将喷涂接长后的叶片叶尖进行振动光饰；5）对振动光饰后的叶片叶尖进行高速磨削；其中，制备喷涂粉末的方式为：将镍铬铁钼粉末与碳化铬陶瓷粉末混合搅拌得到混料；将混料与去离子水、粘接剂一起混合球磨；球磨后经雾化造粒得到球形粉，球形粉真空烧结、破碎、筛分得到喷涂粉末。2.根据权利要求1所述的高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法，其特征在于：步骤3）中进行超音速火焰喷涂修复时，用工装将叶片排列成一排，从压气机叶片叶盆一侧进行喷涂，使喷涂射流与叶尖成70～85
°
。3.根据权利要求1所述的高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法，其特征在于：步骤3）中超音速火焰喷涂的涂层结合强度≥69 MPa；涂层硬度为HV
0.3
控制在820～1080；涂层与高温合金基体在650℃下水冷热震性能≥200次；涂层粗糙度≤1.6μm，涂层厚度为0.3～0.5 mm。4.根据权利要求1所述的高温合金压气机叶片叶尖强化修复方法，其特征在于：步骤3）中进行超音速火焰喷涂修复时，燃气类型为：丙烷+氧气，丙烷流量为：27
±
5 FMR；氧气流量为：40
±
5 FMR；氧气压力为：160
±
5 PSi，丙烷压力为：140
±
5 PSi；送粉气流量为：3.5；送粉速率为：35
±
3 g/min；喷涂距离为：300
±

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊辰，李剑平，罗奎林，钱磊，潘钢，李文静，刘畅，姚文明，
申请(专利权)人：国营川西机器厂，
类型：发明
国别省市：