化學(xué)法去除葉片氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物的工藝研究

任 華

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽110043）

渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要熱端部件，在工作過程中，在葉身和緣板會(huì)出現(xiàn)大量環(huán)境沉積物。這些沉積物在高溫下會(huì)在葉片表面熔化而堵塞氣膜冷卻孔，導(dǎo)致葉片冷卻效果下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致葉片燒蝕。采用傳統(tǒng)機(jī)械去除方法雖可去除表面沉積物，但卻無法清除葉片氣膜孔中的堵塞物，葉片難以恢復(fù)性能繼續(xù)使用，因此有必要研究一種有效去除葉片氣膜孔中沉積物的工藝方法。

化學(xué)腐蝕法去除各類污染物是國(guó)內(nèi)外常用的工藝，化學(xué)溶液具有“無孔不入”的特點(diǎn)，只要遵循對(duì)基體損傷在合理范圍內(nèi)及工藝過程可控的原則，通過選取適宜的腐蝕溶液與工藝過程，即可達(dá)到去除各類污染物的目的，同時(shí)避免機(jī)加過程對(duì)零件的損害。本文考察了不同反應(yīng)溶液及工藝參數(shù)對(duì)去除葉片氣膜孔內(nèi)沉積物的效果，確定了合理的處理工藝。

1 試驗(yàn)

環(huán)境沉積物又稱CMAS，是一種以SiO2、MgO、CaO、Al2O3等為主要成分的物質(zhì)。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料表明：高導(dǎo)葉片氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物主要成分為CMAS及部分積碳。從環(huán)境沉積物的成分來看，強(qiáng)酸強(qiáng)堿均有可能去除，為避免基體材料的腐蝕，本試驗(yàn)首先選取堿液作為主要反應(yīng)溶液以去除環(huán)境沉積物。

某型機(jī)高導(dǎo)葉片由GH600、DZ40M、K40M3種材料金屬件焊接而成，試驗(yàn)選取以下幾種堿液作為主要反應(yīng)溶液，溶液成分及工藝參數(shù)如表1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 堿溶液去除CMAS的效果

環(huán)境沉積物去除效果采用目視及0.45mm通針進(jìn)行檢測(cè)。其結(jié)果如表2所示，去除微觀效果圖如圖1所示。

由表2及圖1所示可見，雖然理論上CMAS可與堿液發(fā)生反應(yīng)，但在一般條件下反應(yīng)難以進(jìn)行。由于表面張力的存在，堿液也難以進(jìn)入氣膜孔，孔內(nèi)物質(zhì)也就更難去除。高溫高壓的條件，可促使金屬氧化物與堿液發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)將堿液壓入氣膜孔，使得氣膜孔內(nèi)物質(zhì)反應(yīng)溶出。在高溫高壓條件下，反應(yīng)產(chǎn)物雖溶于溶液中，但在葉片出槽的過程中極易迅速凝結(jié)于葉片表面，對(duì)葉片造成二次污染。

表1 反應(yīng)溶液成分及工藝參數(shù)

表2 堿液去除效果

表3 輔助清理酸性溶液成分及工藝參數(shù)

表4 酸液輔助效果

2.2 輔助試驗(yàn)結(jié)果

基于堿液腐蝕雖有效去除了氣膜孔內(nèi)沉積物，但造成葉片二次污染的結(jié)果，本研究增加了后續(xù)輔助處理，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)CMAS的清除效果，后續(xù)處理工藝如表3所示，效果如表4所示。

由輔助試驗(yàn)結(jié)果可見，葉片緣板材料不耐腐蝕，在強(qiáng)酸溶液中易受到腐蝕，因此應(yīng)選擇弱腐蝕溶液對(duì)零件進(jìn)行后續(xù)處理。

2.3 工藝路線的確定

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在高壓反應(yīng)釜進(jìn)行堿液腐蝕的過程中，葉片應(yīng)以葉盆朝下的方式無疊加的碼放，應(yīng)盡量采用新配制溶液，避免舊溶液中物質(zhì)對(duì)葉片的二次污染。葉片從高壓脫芯釜取出后要立即用熱水反復(fù)清洗，最大限度避免堿液的殘留。槽液4工藝雖難以直接去除CMAS，但該處理槽液可顯著改善經(jīng)高壓反應(yīng)釜處理后的葉片表觀質(zhì)量，零件經(jīng)工藝4處理后增加熱水浸泡工序，零件應(yīng)在熱水中浸漬至少120min，隨后增加酸液輔助處理，最后經(jīng)高壓水槍清洗。一方面消除葉片的二次污染，同時(shí)中和了葉片內(nèi)腔的堿液。最后葉片需經(jīng)3-5次超聲波清洗，每次清洗時(shí)間不低于10min，以保證葉片內(nèi)腔無酸、堿殘留。最終的洗滌用水經(jīng)試紙檢測(cè)應(yīng)呈中性。同時(shí)，隨機(jī)抽檢部分葉片，將試紙貼于葉片表面，若有酸堿顯示則重新進(jìn)行清洗。經(jīng)調(diào)整后最終確定了處理工藝路線：高壓反應(yīng)釜——多次熱水清洗高錳酸鉀清洗——熱水浸泡——弱腐蝕——高壓水槍清洗——多次超聲波清洗——清洗用水PH檢測(cè)。最終處理效果如圖2所示。

3 結(jié)論

（1）采用高溫高壓反應(yīng)釜堿液處理可有效去除葉片及氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物。

（2）最終處理工藝路線：高壓反應(yīng)釜多次熱水清洗高錳酸鉀清洗熱水浸泡弱腐蝕高壓水槍清洗多次超聲波清洗清洗用水PH檢測(cè)。

（3）由于氣膜孔較為狹小，易存留酸堿，需嚴(yán)格控制每一工步的操作過程，以保證最終的去除效果。

圖2 高溫高壓反應(yīng)釜堿液腐蝕處理效果

[1]魏剛，堿腐蝕，China Journal Electronic Publishing House.

[2]王洪奎，實(shí)用的化學(xué)腐蝕液，Plating and Finishing，2009.