一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置及方法
【專利摘要】一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置及方法，該裝置包括盛裝滴定液的容器，通過鋼制管路與容器連接的電磁閥，通過軟體管路與電磁閥連接的滴定管，滴定管夾持于支架中，支架安裝于導軌上，導軌與水平電機連接，通過水平電機驅(qū)動，實現(xiàn)水平移動；帶有圓形垂直冷卻孔和橢圓形的傾斜冷卻孔的工件置于滴定管的底部，與滴定管出口位置相距3?100mm，工件放置的位置使每排冷卻孔與導軌均平行；固化裝置與脈沖發(fā)生器連接，并安裝于滴定管的側(cè)面，對準需要滴定封孔的部位；脈沖發(fā)生器、電磁閥、水平驅(qū)動電機與控制器連接；本發(fā)明還公開了該裝置的封孔方法；以防止噴涂過程中沉積材料對氣膜冷卻微孔的堵塞，并提高該方法的通用性以及微孔周邊涂層的完整性，減少噴涂后的后處理工作量。
【專利說明】
一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面涂層制備與噴涂過程中微孔防堵的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣輪機燃燒筒、過渡段、噴嘴、透平葉片等部件都具有大量的微孔，通過向這些部件的微孔中通入冷卻氣流，從而在葉片表面形成冷卻氣膜，達到對重要部件本體大幅降溫的目的。在實際應(yīng)用過程中，由于這些部件面向極高的溫度環(huán)境，最高溫度接近1500攝氏度，遠遠超過了高溫合金本身能承受的溫度極限，采用氣體冷卻和熱障涂層可將高溫合金葉片表面溫度降低到800-900°C。熱障涂層噴涂過程中，由于邊界效應(yīng)，會發(fā)生微孔截面積減少、微孔封堵等現(xiàn)象(統(tǒng)稱堵塞)，降低部件的冷卻效率，甚至由于局部冷卻不足，導致葉片局部超溫燒蝕損傷，對機組安全和運行狀態(tài)造成惡劣影響。在高溫部件第一次制造過程中，可在燃機葉片噴涂涂層后，采用激光加工方法，對部件進行微孔加工，但由于激光加工的熱效應(yīng)以及涂層與基體之間熱膨脹失配，在涂層與高溫合金之間形成微觀裂紋缺陷，導致涂層在服役過程中過早剝落。還可采用噴涂后，人工機械打磨修復的方式，對產(chǎn)生縮孔和封堵的部位進行修復，這種方式極易在邊界處引起界面開裂，對涂層壽命造成影響，對人的經(jīng)驗要求極高，其成功幾率低、修復效果并不明顯。理想的涂層邊界應(yīng)該是具有漸變結(jié)構(gòu)，為了獲得這種理想的結(jié)構(gòu)，專利CN102443752A提出了一種在葉片內(nèi)部冷卻通道送入惰性氣體，如氬氣，使葉片噴涂過程中，熔化的粒子在冷卻微孔中不沉積，從而實現(xiàn)防止微孔在噴涂中發(fā)生堵塞。這種方法實際上并不能有效獲得理想結(jié)構(gòu)，在噴涂過程中，由于氣流的托舉效果，會在冷卻孔上方形成懸臂結(jié)構(gòu)涂層，涂層底部沒有金屬基體支撐，后續(xù)需要大量的修復工作。CN204385279U提出的燃機葉片氣膜孔噴涂過程中的防堵塞裝置實際上與CN102443752A類似，都是采用氣體防止葉片中的冷卻孔在噴涂過程中發(fā)生堵塞，其缺點也是會產(chǎn)生懸臂涂層結(jié)構(gòu)，涂層后期的處理工作相當復雜。美國通用公司CN103388118A專利針對垂直孔結(jié)構(gòu)采用了柱塞插入冷卻孔中，這種方式對于垂直孔可實現(xiàn)完好的防護，對傾斜孔，這種柱塞不適用，且通用性差。CN101772587A提出了一種裝置，通過該裝置在冷卻通道內(nèi)通入水，并通過冷凍劑將水冷凍成冰的方法，來防止堵塞，這種方法與在通道內(nèi)通氣的方法類似，在噴涂過程中，熱噴涂焰流的接觸會使表層的冰發(fā)生融化和汽化，融化的水流造成涂層結(jié)合強度的降低、汽化產(chǎn)生的水蒸汽同樣會使孔周圍的涂層產(chǎn)生懸臂結(jié)構(gòu)，與CN102443752A專利所述的效果類似，仍然需要大量的后期打磨處理工作。因此本發(fā)明針對以上方法的缺點，提出了一種可快速實現(xiàn)微孔噴涂過程防止堵塞的裝置及方法，以提高方法的通用性、涂層在孔周圍的完整性。
[0003]綜上，為了解決熱噴涂過程中葉片冷卻孔的堵塞問題，有必要針對于垂直、傾斜、大小不一的微孔開發(fā)一種通用的微孔防堵塞裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置及方法，以防止噴涂過程中沉積材料對氣膜冷卻微孔的堵塞，并提高該方法的通用性以及微孔周邊涂層的完整性，減少噴涂后的后處理工作量。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置，包括盛裝滴定液2的容器I，通過鋼制管路3與容器I連接的電磁閥4，通過軟體管路5與電磁閥4連接的滴定管7，滴定管7夾持于支架6中，支架6安裝于導軌8上，導軌8與水平電機13連接，通過水平電機13驅(qū)動，實現(xiàn)水平移動；帶有圓形垂直冷卻孔10和橢圓形的傾斜冷卻孔12的工件11置于滴定管7的底部，與滴定管7出口位置相距3-100mm，工件11放置的位置，使每排冷卻孔與導軌8均平行；固化裝置9與脈沖發(fā)生器14連接，并安裝于滴定管7的側(cè)面，對準需要滴定封孔的部位;所述脈沖發(fā)生器14、電磁閥4、水平驅(qū)動電機13與控制器15連接。
[0007]所述滴定液2的形態(tài)為乳液狀、懸凝狀或膠體狀，滴定液的材料為可熱固化以及具有溶脹特性的水溶性甲級纖維、樹脂或膠體。
[0008]所述固化裝置9為輻照燈、微波加熱爐、烘干箱或熱氣流固化裝置。
[0009]所述輻照燈采用紫外輻照燈、微波輻照燈或紅外輻照燈。
[0010]上述的一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置的封孔方法，在實施封孔過程前，首先測量工件11表面的冷卻孔之間的中心距，并將該中心距輸入控制器15中，作為水平驅(qū)動電機13的移動量，并設(shè)定好每次移動后停留的時間，該時間段內(nèi)，控制器15通過控制電磁閥4，對氣流滴定管實現(xiàn)滴定動作，打開電磁閥，將滴定液2流入滴定管7中，滴定過程中，通過控制器15使電磁閥4打開極短時間0-30s，該時間段應(yīng)足夠滴定液在滴定管出口形成水滴狀，并滴落到工件11表面需要封堵的微孔處，微孔表面形成的微凸結(jié)構(gòu)液滴在固化裝置9的熱固化作用下，形成固態(tài)的微凸結(jié)構(gòu);噴涂后將工件11放入蒸餾水、丙酮或酒精中浸泡0.5-5h后，微凸結(jié)構(gòu)即能夠去除，并不會發(fā)生涂層損傷。
[0011]對于圓形垂直冷卻孔10和橢圓形的傾斜冷卻孔12，在滴定過程中通過調(diào)整更換滴定管出口尺寸獲得需要的微凸結(jié)構(gòu)尺寸。
[0012]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0013]I)本發(fā)明采用的滴定液可基于表面張力，在微孔處根據(jù)微孔結(jié)構(gòu)和形狀自動形成微凸結(jié)構(gòu)，提高了通用性以及封堵效率。
[0014]2)本發(fā)明避免了噴涂后封堵材料去除引起涂層的損傷，且減少了涂層后處理工作量，提高生產(chǎn)效率。
[0015]3)本發(fā)明采用了脈沖輻照燈進行加熱固化，溫度僅僅發(fā)生在工件表層，不需要對工件整體進行加熱，且固化溫度低，不會對工件造成影響。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明微孔滴定封孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是滴定液狀態(tài)和涂層結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a為圓形垂直冷卻孔的滴定液狀態(tài)和涂層結(jié)構(gòu)，圖2b為橢圓形的傾斜冷卻孔的滴定液狀態(tài)和涂層結(jié)構(gòu)，圖中，16-微凸結(jié)構(gòu)，17-高溫合金本體，18-涂層。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0019]針對需噴涂熱障涂層的燃氣輪機一級動葉，首先測量工件11表面的冷卻孔之間的中心距，并將該中心距輸入控制器15中，作為水平驅(qū)動電機13的移動量，并設(shè)定好每次移動后停留時間為10s。其次，將水溶性甲級纖維素溶于一定量的水中，形成懸凝狀滴定液，并將滴定液2置于容器I中，將容器I與鋼制管路3連接，再與電磁閥4連接，采用軟體管路5將滴定管7和電磁閥4出口連接。然后將滴定管7安裝于支架6中。支架6安裝于導軌8上，導軌8通過水平驅(qū)動電機13驅(qū)動，實現(xiàn)水平移動，將電機與控制器15連接、將電磁閥4與控制器15連接。將固化裝置9與脈沖發(fā)生器14連接，將脈沖發(fā)生器14與控制器15連接。連接后的裝置如圖1所示。打開電磁閥4，將滴定流入滴定管中，充滿滴定管，將滴定管出口多余的滴定液去除后，關(guān)閉電磁閥4，此時滴定管底部不再流出液體。完成以上準備工作后，將帶有圓形垂直冷卻孔10和橢圓形的傾斜冷卻孔12的工件11放置于滴定管7的底部，與滴定管出口位置相距約20mm，在工件11的放置過程中，使每排冷卻孔與導軌8平行。將第一個需要封堵的孔與滴定管底部對準，打開電源，讓電磁閥4打開，在壓力作用下，滴定液在滴定管出口形成液滴，并滴落在需要封堵的微孔中，同時固化裝置9打開，經(jīng)過短時加熱后，該孔滴定液固化，在微孔出口處形成微凸結(jié)構(gòu)，如圖2中的圖2a和圖2b所示。然后控制器驅(qū)動水平電機使滴定管移動到下一個待滴定的位置。當完成全部滴定工作后，可對工件進行噴涂，噴涂完畢后，待工件冷卻至室溫，將工件放入蒸餾水中浸泡2h，去除封堵的微凸結(jié)構(gòu)。不需要對微孔周邊進行任何機械修復，對微孔周圍不會產(chǎn)生損傷，也不會產(chǎn)生懸臂結(jié)構(gòu)的涂層。
【主權(quán)項】
1.一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置，其特征在于:包括盛裝滴定液(2)的容器(I)，通過鋼制管路(3)與容器(I)連接的電磁閥(4)，通過軟體管路(5)與電磁閥(4)連接的滴定管(7)，滴定管(7)夾持于支架(6)中，支架(6)安裝于導軌(8)上，導軌(8)與水平電機(13)連接，通過水平電機(13)驅(qū)動，實現(xiàn)水平移動;帶有圓形垂直冷卻孔(10)和橢圓形的傾斜冷卻孔(12)的工件(11)置于滴定管(7)的底部，與滴定管⑴出口位置相距3-100mm，工件(11)放置的位置，使每排冷卻孔與導軌(8)均平行；固化裝置(9)與脈沖發(fā)生器(14)連接，并安裝于滴定管(7)的側(cè)面，對準需要滴定封孔的部位;所述脈沖發(fā)生器(14)、電磁閥(4)、水平驅(qū)動電機(13)與控制器(15)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置，其特征在于:所述滴定液(2)的形態(tài)為乳液狀、懸凝狀或膠體狀，滴定液的材料為可熱固化以及具有溶脹特性的水溶性甲級纖維、樹脂或膠體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置，其特征在于:所述固化裝置(9)為輻照燈、微波加熱爐、烘干箱或熱氣流固化裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置，其特征在于:所述輻照燈采用紫外輻照燈、微波輻照燈或紅外輻照燈。5.權(quán)利要求1至4任一項所述的一種熱噴涂過程微孔中滴定封孔裝置的封孔方法，其特征在于:在實施封孔過程前，首先測量工件(11)表面的冷卻孔之間的中心距，并將該中心距輸入控制器(15)中，作為水平驅(qū)動電機(13)的移動量，并設(shè)定好每次移動后停留的時間，該時間段內(nèi)，控制器(15)通過控制電磁閥(4)，對氣流滴定管實現(xiàn)滴定動作，打開電磁閥，將滴定液(2)流入滴定管(7)中，滴定過程中，通過控制器15使電磁閥(4)打開極短時間0-30s，該時間段應(yīng)足夠滴定液在滴定管出口形成水滴狀，并滴落到工件(11)表面需要封堵的微孔處，微孔表面形成的微凸結(jié)構(gòu)液滴在固化裝置(9)的熱固化作用下，形成固態(tài)的微凸結(jié)構(gòu)；噴涂后將工件(11)放入蒸餾水、丙酮或酒精中浸泡0.5-5h后，微凸結(jié)構(gòu)即能夠去除，并不會發(fā)生涂層損傷。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封孔方法，其特征在于:對于圓形垂直冷卻孔(10)和橢圓形的傾斜冷卻孔(12)，在滴定過程中通過調(diào)整更換滴定管出口尺寸獲得需要的微凸結(jié)構(gòu)尺寸。
【文檔編號】C23C4/02GK105970139SQ201610547892
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】李太江, 李巍, 李勇, 楊二娟, 劉剛
【申請人】華能國際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司