一種提高k444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱處理領(lǐng)域，具體為一種提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的葉片采用K444合金制造，K444合金是含鉿鎳基鑄造高溫合金，具有優(yōu)異的耐熱腐蝕性能，具有中等水平的高溫強(qiáng)度和良好的組織穩(wěn)定性。葉片是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要熱端部件，除了承受復(fù)雜的交變應(yīng)力外，還承受著高溫氧化和嚴(yán)重的燃?xì)飧g。為此，國(guó)內(nèi)外均研制了許多高溫防護(hù)滲層來改善葉片表面的抗氧化性能，以提高渦輪葉片的可靠性并延長(zhǎng)其使用壽命。防護(hù)滲層雖能使葉片獲得良好防護(hù)性能，但也帶來了其部分機(jī)械性能的損失，尤其是滲層對(duì)疲勞性能的影響，通常約降低10%。因此，在為葉片制備防護(hù)滲層時(shí)厚度一般控制在20 μπι?40 μm，滲層主要作用是保證在高溫環(huán)境中葉片基體最低限度的損失，從而達(dá)到延長(zhǎng)葉片的使用壽命。
[0003]滲層在50年代就出現(xiàn)固體滲鋁及氣相滲鋁，目前在航空制造業(yè)仍然得到廣泛應(yīng)用。典型的固體滲鋁工藝是采用鋁-鐵合金粉加入1%?3%的氯化銨經(jīng)混合后制成滲劑，將零件埋入粉末滲劑中。固體滲鋁勞動(dòng)條件較差，生產(chǎn)效率低。氣相滲鋁的實(shí)質(zhì)是將氟化物活化處理后的鋁鐵合金塊裝入鳥籠式夾具中，再將被滲鋁件置入鳥籠式夾具中間的圓桶內(nèi)。在高溫下，經(jīng)活化的鋁鐵塊反應(yīng)分解出活性鋁原子，通過氬氣運(yùn)載氣體為制件表面吸收和滲入，形成滲鋁層，使其提高抗高溫氧化和燃?xì)飧g的能力，氣相滲鋁工藝穩(wěn)定性不夠，滲層鋁濃度偏低。這兩種工藝均經(jīng)高溫?cái)U(kuò)散處理后在表面形成以NiAl相為主的鋁化物涂層，該滲層主要目的是提高零件的抗氧化能力，不過采用滲鋁工藝獲得的β — NiAl相的鋁化物涂層在高溫工作中隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，由于鋁向內(nèi)外擴(kuò)散導(dǎo)致濃度降低，NiAl相會(huì)發(fā)生分解退化，抗氧化性能隨著降低。由于燃機(jī)渦輪葉片要求壽命長(zhǎng)，工作條件較為苛刻，葉片的高溫抗氧化便成為燃機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，能夠滿足葉片設(shè)計(jì)制造要求，提高K444合金制渦輪葉片的抗高溫氧化能力。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，具體步驟如下:
[0007](1)將硅粉、鎳鋁合金粉、氯化銨、氟化氫銨、粘結(jié)劑和稀釋劑混合后制成料漿，噴涂于K444合金制零件表面；
[0008](2)采用氬氣保護(hù)的井式熱處理爐，將試樣裝入夾具中在氬氣保護(hù)下，經(jīng)保溫后獲得鋁硅涂層；
[0009](3)為了降低鋁硅滲層表面的脆性，并使?jié)B層外表面鋁重量百分比大于10%，硅重量百分比小于8%，將滲鋁硅后的K444合金制零件放置在真空爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散處理。
[0010]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，步驟(1)中，硅粉、鎳鋁合金粉、氯化銨為滲劑，按滲劑100g、氟化氫銨0.1?0.5g、粘結(jié)劑5?15ml和乙醇40?60ml的比例稱量后裝入球磨罐中進(jìn)行球磨，制成料漿；在滲罐中，采用噴槍將料漿噴涂于K444合金制零件表面，每片噴涂3?4遍。
[0011]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，滲劑中，鎳鋁合金粉按外層鋁含量15?30wt%稱取，硅粉按外層硅含量3?6wt%稱取，氯化銨占硅粉、鎳鋁合金粉重量的3?6%。
[0012]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，將滲罐吊入加熱到溫的井式爐內(nèi)進(jìn)行滲鋁硅處理，滲鋁硅溫度850?950 °C，保溫時(shí)間70?90min ;滲鋁硅過程中，始終向滲罐內(nèi)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)；出爐時(shí)將滲罐從爐內(nèi)吊出，繼續(xù)通入氬氣冷卻0.5?2h后，同時(shí)關(guān)閉氬氣和排氣閥閥門，待冷卻至80°C以下可打開滲罐取出K444合金制零件。
[0013]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，將滲鋁硅后的K444合金制零件清理干凈后放入真空爐內(nèi)，擴(kuò)散溫度850°C ± 10°C，保溫時(shí)間16h?16.5h，加熱及保溫過程中，加熱室內(nèi)真空度不大于0.13Pa。
[0014]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，粘結(jié)劑采用濃度為5?15wt%的聚乙烯醇水溶液。
[0015]所述的提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，稀釋劑采用乙醇。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明滲層具有優(yōu)良的高溫氧化防護(hù)性能，表面光潔、滲層厚度整齊等特點(diǎn)。由于該滲層有硅的參與，減緩了滲層的退化速度，從而提高了 K444合金葉片的高溫抗氧化的防護(hù)能力，延長(zhǎng)葉片的使用時(shí)間，比固體滲鋁涂層壽命長(zhǎng)30%左右。此外，該涂層工藝勞動(dòng)條件比固體滲鋁勞動(dòng)條件有顯著的改善，生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料，可以實(shí)現(xiàn)局部制備防護(hù)滲層，也可用于局部滲層的補(bǔ)修等。該工藝在國(guó)內(nèi)首次工程應(yīng)用于K444合金制渦輪葉片上，增強(qiáng)葉片的抗高溫氧化防護(hù)性能，是一項(xiàng)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在K444合金葉片工程應(yīng)用上的空白的工藝方法。
[0018]2、本發(fā)明為了改善單一鋁化物滲層的高溫氧化防護(hù)性能，在滲劑中加入了一定比例的Si元素，并經(jīng)過高溫焙燒后加入粘結(jié)劑和活化劑，制成料漿。由于在涂層中加入了 Si元素，使改進(jìn)后的鋁化物滲層高溫防護(hù)性能得到大幅提高，而且與傳統(tǒng)的固體滲鋁及氣相滲鋁相比提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
[0019]3、本發(fā)明滲層能顯著提高K444合金抗高溫氧化性能，適合用于在惡劣環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間工作的零部件，特別適合于燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片，可延長(zhǎng)葉片的使用壽命，該方法也可推廣到其他燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片類零件，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0020]圖1為滲鋁硅后成品零件圖。
[0021]圖2為滲鋁硅層的截面形貌。
[0022]圖3(a) -圖3(b)為1000°C /200h氧化試驗(yàn)宏觀照片。其中，圖3(a)有滲層；圖3(b)無滲層。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明提高K444合金抗高溫氧化性能的滲層制備方法，具體步驟如下:
[0024](1)滲鋁硅料漿的配置:以聚乙烯醇水溶液做粘結(jié)劑，將Si粉、N1-Al合金(鎳鋁重量比為1:1)粉、氯化銨、氟化氫銨、粘結(jié)劑和乙醇混合后制成料漿，噴涂于K444合金制零件表面。
[0025](2)滲鋁硅參數(shù)的制定:采用氬氣保護(hù)的井式熱處理爐，將試樣裝入夾具中在氬氣保護(hù)下，通過試驗(yàn)摸索，選取滲鋁硅溫度，并經(jīng)一定時(shí)間的保溫后獲得鋁硅涂層。
[0026](3)擴(kuò)散溫度及擴(kuò)散時(shí)間:為了降低鋁硅滲層表面的脆性，并使?jié)B層外表面鋁重量百分比大于10%，硅重量百分比小于8%，將