[發明專利]一種DZ40M鈷基高溫合金零件表面及裂紋內部氧化膜綠色去除方法

在審

• 申請號: 201910502458.X
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110230069A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 張鈾;吳業瓊;郭連平;侯廷紅;何勇;陳海生;胡兵;楊秀恩;余曉東;閆波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第五七一九工廠
• 主分類號: C23G5/00
• 分類號: C23G5/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種DZ40M鈷基高溫合金零件表面及裂紋內部氧化膜綠色去除方法，將待去除氧化膜的零件放置在反應室中，反應室抽真空，并逐步升溫；升溫時，先通入氬氣（Ar），當升溫至760℃時，通入氫氣（H₂），升溫至1040℃左右后進行保溫、保壓；隨后控制反應室壓力造負壓、常壓和正壓狀態循環變化，反應室處于不同壓力狀態時，其內均持續通入氟化氫（HF）和H₂進行清洗；之后，按設定的時間持續通入H₂清洗管道；最后，將反應室壓力降到133 mbar以下，在30 min±10 min內，將反應室溫度升到1125℃±15℃，在該溫度和壓力下保溫60 min±10 min，本發明能夠有效去除零部件表面及裂紋內部、小孔、凹槽等難以清洗部位的氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等化合物，清洗前后無需任何處理。

技術領域

本發明涉及航空維修技術領域，尤其涉及一種DZ40M鈷基高溫合金零件表面及裂紋內部氧化膜綠色去除方法。

背景技術

DZ40M合金是在美國X40的基礎上，通過添加微量元素和采用定向凝固工藝發展而成的一種定向凝固鈷基高溫合金。合金具有優良的抗熱疲勞性能、抗氧化及耐腐蝕性能；具有良好的持久、蠕變、疲勞等綜合力學性能。組織穩定，定向凝固工藝性能良好，無缺口敏感性。由于鈷資源缺乏，該合金使用受限，典型應用為某航空發動機1050℃以下工作具有復雜內腔的氣冷空心導向葉片。

渦輪導向葉片主要承受高溫燃氣的氣動負荷和氣流脈動引起的振動負荷。由于溫度場不均勻，隨著發動機瞬態溫度急劇變化，渦輪導向葉片內產生很大的熱應力和熱應變，導致熱疲勞裂紋萌生、擴展損傷。在裂紋內部會產生化學穩定的熱氧化物，這些熱氧化物主要是鋁、鈦、鉻和它們的混合氧化物。

定向凝固鈷基高溫合金的高溫強度普遍沒有定向凝固鎳基高溫合金的高，但其高溫塑性好，裂紋擴展速率較低，這是定向凝固鈷基高溫合金得以在高溫低應力條件下應用的主要原因之一。某發動機DZ40M合金葉片服役后，裂紋損傷率達100％，主要損傷包括葉身基體及冷卻孔周邊裂紋、排氣邊裂紋、上/下緣板裂紋等，且導向器葉片的裂紋主要是熱疲勞裂紋，裂紋易于沿DZ40M合金基體內的晶間脆性碳化物相萌生和擴展，在主裂紋擴展的同時還伴隨有二次裂紋。

渦輪組件非常昂貴，其更換成本較高，修復是一個節約成本的有效方法。但是在修復時，這些復雜成分所形成的金屬氧化物、硫化物等緊密附著在缺陷部位，阻礙了零件的修復。如果在釬焊和涂層修復過程中，修理界面的殘余氧化物等未清理干凈，將會顯著降低焊接強度、涂層材料與金屬基體之間的結合力，留下安全隱患。因此，在修復之前清洗導向葉片，去除表面尤其是裂紋內部氧化物，對葉片的成功修復非常重要。

氫光亮退火是一種比較傳統的清洗方法，它是在1200℃通入干燥氫氣(H₂)通過還原反應來除去金屬零件上的氧化物。這種方法在傳統的不銹鋼、鎳和鈷基合金(不含氧元素)上應用較好，但是對于含Al、Ti和Cr元素較高的高溫合金，單憑這一種方法無法清洗干凈，因為這幾種元素易于形成氧化物且其氧化物非常穩定。所以，需要添加活性更強的氣體，使該方法能夠應用于Al、Ti和Cr元素較高的高溫合金。

氟化鉻處理技術，通用電氣的Wein和Young發現在700℃下通入氫氣時，加熱氟化鉻會還原氟離子，將渦輪組件和氟化鉻放入反應容器中，渦輪組件就會被清洗。該技術已投入使用很多年，但最終還是因為難以精確控制氟化鉻的沉積物，導致清洗結果不穩定而被淘汰。同時會在零件表面產生松孔狀的鉻金屬沉積，這就要求在清洗后噴砂去除沉積物。此外，如果沒能精確控制沉積物溫度，沉積物有可能快速地釋放出氣體，導致排氣系統過載，從而發生容器封口破裂，造成大量危險氣體泄漏。

碳氟化合物清洗技術，代頓大學的Chasteen在美國空軍材料研究所的贊助下成功地用在氫氣下分解碳氟化合物得到的氟化物來清洗渦輪組件。該技術作為代頓大學的成果也投入了使用。但是技術沒有規律，很難控制并需要進行2次循環和一次熱真空循環才能得到合格結果。由于花費太高，結果也不穩定，該技術最終被停用。