[其他]向鈦合金葉片上涂敷保護(hù)層的方法及按此法獲得的葉片

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 88101238
• 申請(qǐng)日: 1988-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN88101238A
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德烈·庫(kù)爾翁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿爾斯湯姆大西洋有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K31/02
• 分類(lèi)號(hào): B23K31/02;B23K9/04;B23K13/00;B23K26/00;B23K35/24;B23P15/02
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 全菁

本發(fā)明涉及向鈦合金葉片上涂敷保護(hù)層的方法及按此法獲得的葉片。

鈦合金葉片的優(yōu)點(diǎn)是其強(qiáng)度-密度比高，并在強(qiáng)腐蝕環(huán)境中有優(yōu)良的機(jī)械性能。

然而，當(dāng)在汽輪機(jī)中使用鈦合金葉片時(shí)，尤其是其園周速度高時(shí)，蒸汽中形成的水滴會(huì)使之迅速損壞。

因而這類(lèi)葉片的外表面必須加以保護(hù)。

根據(jù)本發(fā)明，鈦合金葉片的特點(diǎn)是，其外表至少有1mm厚的碳化鈦，氮化鈦或硼化鈦涂層，這些鈦化合物結(jié)合在馬氏體或奧氏體不銹鋼母體金屬內(nèi)，此涂層覆蓋釩底層，釩底層厚度在0.5～1.5mm之間。

此涂層的涂敷方法是：先將釩粉沉積在待涂覆的表面上，再使粉末升溫至略高于釩的熔點(diǎn)。

隨后，將一種多相粉末混合物沉積在釩層上。這種混合物重量的三分之一為碳化鈦，氮化鈦或硼化鈦。這種鈦化合物結(jié)合在馬氏體或奧氏體不銹鋼，尤其是含有鉻、鈷和/或鉬和/或鎳的不銹鋼的粉末中。再將該粉末升溫至高于其熔點(diǎn)，但又低于釩的熔點(diǎn)。

利用此方法，在第一階段就只有極少量釩摻入鈦合金葉片中。同樣，在第二階段，前述合金摻入釩底層中的量也十分有限。此外，該合金層的熔化對(duì)已形成的釩底層和葉片的結(jié)合沒(méi)有影響。

為了盡量限制摻入現(xiàn)象發(fā)生，最好利用快速和局部加熱，例如使用帶移動(dòng)式感應(yīng)器的高頻感應(yīng)加熱或激光束加熱。

利用下述附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明：

圖1為本發(fā)明的葉片的透視圖;

圖2為圖1葉片的截面圖;

圖3為圖2剖面的局部放大圖;

圖4示出了用于實(shí)施本發(fā)明的裝置。

圖1中的汽輪機(jī)葉片包括葉根1和扭轉(zhuǎn)葉片2、進(jìn)汽邊3和出汽邊4。保護(hù)層5則沿著進(jìn)氣邊3的壓縮側(cè)邊涂覆在葉片端部。進(jìn)汽邊上的保護(hù)層也可延伸至扭轉(zhuǎn)葉片2的背弧表面。釩底層（6）則夾在扭轉(zhuǎn)葉片及最后涂層之間。（圖2）

葉片是用含6%的鋁及含3.5%～4.5%釩的鈦合金制成。

以下是一個(gè)利用無(wú)限激光束再熔化涂敷保護(hù)層方法的實(shí)例：

葉片上待涂敷的表面先用常規(guī)方法處理后向其上噴射基本純凈（純度＞98%）的釩粉。這種釩粉由尺寸小于0.5μm的球狀顆粒組成。利用再熔化過(guò)程涂上的釩量應(yīng)足以保證最終釩底層6的厚度大于1mm。

將一束CO₂激光束9引向待涂敷葉片的扭轉(zhuǎn)葉片（2）表面。光束9則被惰性氣體（如氬）進(jìn)口所環(huán)繞，此氣體也沖擊扭轉(zhuǎn)葉片2（見(jiàn)圖4）。

噴嘴11將粉末噴向扭轉(zhuǎn)葉片的待涂表面。

惰性氣氛可以防止與氧、氫或氮發(fā)生的有害反應(yīng)。

釩粉然后加熱到1950℃與2000℃之間。釩的熔點(diǎn)是1900℃，而鈦合金的是約2400℃。其結(jié)果是釩雖已熔化，但鈦合金基體仍呈半固態(tài)。這一點(diǎn)對(duì)獲得二者的牢固結(jié)合，并減少釩摻入合金基體內(nèi)特別理想。含釩4%的鈦合金允許摻入少量釩（見(jiàn)圖3），只是在局部增加了βWydmanstaetten層狀構(gòu)造。

這一摻釩合金層7的厚度極薄，小于1/10mm。

冷卻后，合金粉末連同結(jié)合劑粉末都沉積在釩底層6上。

按重量計(jì)，這種多相粉末中的1/3是硬質(zhì)材料，如碳化鈦、氧化鈦或硼化鈦，其余是結(jié)合劑，含鉻9～18%的馬氏體鋼，還可能加入1～3%的鉬及1～8%的鈷以使之具有抗腐蝕性能，或含鎳3～8%的奧氏體不銹鋼。

碳化鈦的粉粒尺寸應(yīng)小于0.5μm，而硼化鈦或氮化鈦的粉粒尺寸應(yīng)小于0.2μm，最好在0.1μm左右。

從釩底層外緣計(jì)算，這種多相粉末應(yīng)至少沉積3～4mm以確保扭轉(zhuǎn)葉片的鈦合金完全不和含碳化鈦，氮化鈦或硼化鈦的合金接觸。

當(dāng)應(yīng)用激光再熔化過(guò)程時(shí)，可應(yīng)用圖4中的裝置將粉末噴射到釩底層上，并將其加熱至比這種合金的熔點(diǎn)（1400℃～1500℃）高50℃而使之熔化。由于此溫度大大低于釩的熔點(diǎn)，因而該層合金摻入釩層極少（見(jiàn)圖3），同時(shí)釩和葉片基體間保持了完整的結(jié)合，摻入了合金的釩層8也非常薄。（小于1/10mm）。

涂敷合金層的厚度約1.5mm。因而可在700℃左右進(jìn)行常規(guī)消除應(yīng)力處理。當(dāng)結(jié)合劑中含3～8%的鎳時(shí)，碳化鈦、氮化鈦或硼化鈦涂層就應(yīng)在450℃～500℃下進(jìn)行四小時(shí)的硬化處理以使其洛氏硬度大于HRC60。

當(dāng)結(jié)合劑中含鎳低于3%時(shí)，為了使涂層洛氏硬度大于HRC60，就應(yīng)在高于1050℃下在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行淬火處理。

雖然較理想的涂敷方法是應(yīng)用惰性氣體保護(hù)下的激光束來(lái)噴射粉末，但也可應(yīng)用其它方法，尤其是惰性氣體保護(hù)下用等離子體再熔化或惰性氣體保護(hù)下的高頻感應(yīng)加熱再熔化。