[發(fā)明專利]一種渦輪葉片的化學氣相沉積Al-Si的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711228750.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107937882B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 張鐵磊;崔啟政;李宏然;王烜烽
• 申請（專利權）人: 無錫透平葉片有限公司
• 主分類號: C23C16/12
• 分類號: C23C16/12;C23C16/24;C23C16/448
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明公開了一種渦輪葉片的化學氣相沉積Al?Si的方法，所述方法包括遮蔽與裝夾、主反應器高壓加熱、Al反應器加熱滲Al、氣化SiCl₄滲Si以及擴散熱處理和冷卻。通過優(yōu)化氣相沉積的工藝流程，先氣相滲Al再滲Si，將液相SiCl₄氣化后進行滲Si操作，調(diào)整反應溫度、壓力及時間的參數(shù)，協(xié)調(diào)Al?Si各組分含量與厚度的關系，最終得到表面及內(nèi)部冷卻通道的滲層純凈無雜質(zhì)且厚度均勻的渦輪葉片，葉片滲層厚度為30?60μm，Al含量25?35wt％，Si含量為2?4％。

技術領域

本發(fā)明涉及渦輪葉片加工領域，主要涉及一種渦輪葉片的化學氣相沉積Al-Si的方法。

背景技術

提高航空發(fā)動機的渦輪前溫度可以有效提升發(fā)動機的工作效率及推重比，但是由于材料熔點的限制，目前高溫合金的承溫能力已接近極限，渦輪葉片的防護涂層在運行過程中易受到熱腐蝕失效，高溫所產(chǎn)生的氧化及腐蝕是影響葉片使用壽命的關鍵因素，因此采取一定的防護手段可以有效提升其使用壽命。涂覆鋁化物涂層是提高葉片內(nèi)腔耐高溫氧化最有效的方法，但是單一鋁化物涂層存在抗熱腐蝕能力不足的缺陷，在該涂層的基礎上通過添加Cr、Si、Pt、稀土等元素不僅可以提升涂層使用壽命和抗氧化性能，還改善了單一滲鋁層抗熱腐蝕能力不足的問題。

目前國內(nèi)主要使用包埋法來制備鋁化物涂層，采用Si粉、Al粉作為滲劑，將H₂O、H₃PO₄、MgO、CrO₃作為粘結(jié)劑，刷在葉片表面。CN103589992A公開了一種滲鋁硅料漿及制備渦輪葉片表面鋁硅滲層的方法。該發(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。制備步驟是：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。渦輪發(fā)動機的葉片內(nèi)腔的冷卻通道細小，且形狀細致、復雜，采用傳統(tǒng)的包埋法滲劑難以置于內(nèi)腔冷卻通道，涂覆效果很差，存在粘結(jié)劑顆粒易夾雜在涂層中，影響涂層結(jié)合強度及使用壽命等問題，很難對其進行有效防護，而且反應過程氣體濃度變化巨大，滲層厚度難以控制，滲后葉片表面存在漿料粘結(jié)，不易清理。

因此，研發(fā)一種表面及內(nèi)部冷卻通道的滲層均勻無雜質(zhì)的渦輪葉片的制備方法具有廣闊的應用前景和巨大的市場價值。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足和市場的需求，本發(fā)明提供了一種渦輪葉片的化學氣相沉積Al-Si的方法，通過優(yōu)化工藝流程，先氣相滲Al再滲Si，采用將液相SiCl₄進行氣化滲Si的操作，調(diào)整反應溫度、時間和壓力，最終得到表面及內(nèi)部通道的滲層均勻無雜質(zhì)的渦輪葉片，具有廣闊的應用前景和巨大的市場價值。

第一方面，本發(fā)明提供一種渦輪葉片的化學沉積Al-Si的方法，包括如下步驟：

(1)將葉片進行遮蔽并裝夾在主反應器上；

(2)將主反應器抽真空，通入Ar加壓后再加熱通H₂；

(3)加熱外部Al反應器并通入HCl和H₂進行反應；

(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物通入內(nèi)部Al反應器進行滲Al；

(5)將液相SiCl₄氣化后與Ar混合通入主反應器進行滲Si；

(6)主反應器通入H₂進行擴散熱處理，再通入Ar冷卻后取下葉片。

發(fā)明人在充分研究渦輪葉片的加工方法和化學氣相沉積的工藝流程后，為解決葉片滲層有雜質(zhì)且不均勻的問題，將化學氣相沉積應用到渦輪葉片的加工過程，創(chuàng)造性地應用液相SiCl₄并將其氣化后進行滲Si操作，使得反應速率及氣壓更可控，并優(yōu)化工藝流程，調(diào)整溫度、壓力和時間的參數(shù)，最終得到表面及內(nèi)部冷卻通道的滲層純凈無雜質(zhì)且厚度均勻一致的渦輪葉片。