CN102995035B - 提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，通过酸洗消除由于零件表面附着的低熔点合金渗入零件组织内部，在高温环境下改变零件自身的耐热、耐蚀性，从而导致零件疲劳断裂的问题。本发明的方法主要包括：将零件依次浸没于不少于2个的酸洗槽内浓度为750g/l~780g/l的硝酸溶液中进行酸洗，洗除附着在零件表面上的低熔点合金元素；零件酸洗结束后，浸没于碱洗槽内用碱溶液中和洗除零件表面上的硝酸液；零件经中和洗后，用带水压缩空气冲洗零件的表面，清洁零件表面上的酸洗残留物。高航空发动机精铸高温零件经本发明处理后，其安全性得到了保障，提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机精铸高温零件加工处理技术，更为具体地说，是涉及一种提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法。
背景技术
航空发动机中工作于高温环境中的零件，外形结构复杂的异型零件通常都是采用精铸加工成型，精铸成型零件的某些部位，如装配部位还需要进行进一步的精加工，才能满足装配要求，如发动机中的高温合金叶片，其叶冠和榫头都需要进行精加工才能满足装配的要求。在对这些部位进行精加工时，通常需要在零件的某一部位焊接 “方箱”用于加工定位。“方箱”在零件精加工结束后要从零件上去除，为了便于“方箱”从零件上去除，方箱一般采用 “锡”、“铋”合金材料制作。“锡”、“铋”为低熔点元素。
为了保证航空发动机的安全，工作于高温环境中的零件都必须在地面装机进行试车。申请人在某型号航空发动机的研发过程中，在装机试车中出现了叶片断裂故障。为了解决这一问题，申请人集中了各方面的研发设计人员，从多方面研究分析导致叶片断裂故障产生的原因，最后经分析检测发现，是叶片断口处存在的低熔点合金元素导致叶片脆性断裂。经进一步研究分析，叶片断口处存在的导致叶片脆性断裂的低熔点合金元素，是叶片在加工过程中去除“方箱”时未能将叶片表面残留的低熔点合金彻底去除，导致低熔点合金渗入零件组织内部，在高温环境下改变了零件自身的耐热、耐蚀性，从而导致零件疲劳断裂，降低了精铸高温零件的安全性，进而严重危害发动机的安全性。
发明内容
本发明基于上述导致航空发动机精铸高温零件脆性断裂原因的发现，提出了一种提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，以解决由于低熔点合金渗入零件组织内部，在高温环境下改变零件自身的耐热、耐蚀性，从而导致零件疲劳断裂的问题。
目前常用的“方箱”材料主要为“锡”、“铋”合金。通常情况下，氯离子以及铁离子对钢铁材料有较强的腐蚀性，硝酸根离子对其具有较好的钝化作用，一般不锈钢零件的钝化都含有硝酸组份，为此，本发明选用硝酸作为酸洗溶液。
本发明提出的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其内容主要包括：
（1）将零件依次浸没于不少于2个的酸洗槽内浓度为750g/l~780g/l的硝酸溶液中进行酸洗，洗除附着在零件表面上的低熔点合金；
（2）零件酸洗结束后，将零件浸没于碱洗槽内碱溶液中，中和洗除零件表面上的硝酸溶液，以消除硝酸溶液在今后对零件的腐蚀；
（3）零件经碱溶液中和洗后，用带水压缩空气冲洗零件的表面，清洁零件表面上的酸洗残留物。
由于酸洗相当于通过溶解的方式使低熔点合金元素从零件表面均匀地分布到整个溶液和零件表面，属于一个稀释的过程，零件表面上的低熔点合金含量与硝酸溶液中的含量基本一致，为此，只要进行足够时间的酸洗，就可使零件表面上的低熔点合金充分地溶入到硝酸溶液中，通过检测最终的酸洗溶液中的低熔点合金含量就能达到检测零件表面低熔点合金含量的目的。因此，在本发明的上述技术方案中，可采用通过检测零件酸洗后硝酸溶液中的低熔点合金的含量浓度来检测零件表面上的低熔点合金的含量。实践中一般认为，当硝酸溶液中低熔点合金的浓度不大于1ppm时，就可以认为零件表面上的低熔点合金就彻底去除了。这一假定，申请人在零件后期加工以及试车过程中得到了证明，是完全可行的。
在本发明的上述技术方案中，由于硝酸对不锈钢材质的零件基体也存在一定的腐蚀作用，在对零件的处理过程中，需要确保零件表面的低熔点合金去除彻底而对零件基体的蚀去量不要超过一定的厚度。因此零件累计酸洗时间不应超过零件基体允许蚀去量所确定的时间。通常零件累计酸洗时间不超过零件基体蚀去1μm层厚所需的时间。
在本发明的上述技术方案中，对酸洗后零件进行中和洗碱溶液的选用，考虑酸洗后零件表面的清洗，优选碳酸钠溶液或氨水。最好是用重量浓度为40~60%的碳酸钠溶液对酸洗后零件进行中和洗，既可获得很好中和洗效果，又不会在零件表面生成残留物。
在本发明的上述技术方案中，零件最好依次浸没于2至4个的酸洗槽内硝酸溶液中进行酸洗。在酸洗过程中，为了避免杂质对零件酸洗效果的影响，酸洗用硝酸溶液一般为新配的硝酸溶液，特别是最后一个和第二个酸洗槽内的酸洗用硝酸溶液一般应为新配的硝酸溶液，至少最后一个酸洗槽内的硝酸溶液应为清洁的新配硝酸溶液。在零件的酸洗过程中，各酸洗槽内的硝酸溶液浓度，可以相同，也可不同，为了操作方便，各酸洗槽内的硝酸溶液浓度最好一样，用相同浓度的硝酸溶液进行酸洗。但也可以不一样。零件于各酸洗槽内酸洗的时间，没有严格限制，只是累计酸洗的时间不要超过所确定的时间，通常是零件于第一个酸洗槽内酸洗时间大于在后于各酸洗槽内酸洗的时间。
本发明完成之后，发明人按照ARP1755《清洗剂导致航空发动机材料损耗的试验方法》对本发明的方法进行了零件基体去除量试验，结果表明：在浓度为780g/l的硝酸溶液中浸泡120分钟，零件表面的单边去除量不超过1μm，不足以对零件的尺寸造成影响。通过原子吸收方式检测，检测结果证明，采用本发明的方法去除“方箱”残留在零件表面上的低熔点合金，最终清洗效果理想。
本发明的关键是找到导致叶片脆性断裂产生的原因。本发明的完成，正是基于发明人准确找到了导致叶片脆性断裂产生的原因，这就是渗入到零件组织内部低熔点合金导致叶片脆性断裂，而低熔点合金是叶片在加工过程中去除“方箱”时未能将叶片表面残留的低熔点合金彻底去除所致，致使零件在高温环境下改变零件自身的耐热、耐蚀性，从而导致零件疲劳断裂。发明人基于上述发现，才通过一系列的试验研究探索出来的一种可以较为彻底去除零件表面低熔点合金，又对零件基体不会造成较大影响的工艺方法，确保了零件在使用过程中的安全性。
本发明针对导致航空发动机精铸高温零件脆性断裂原因所提出的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，通过酸洗清除附着在零件表面的低熔点合金，解决了由于低熔点合金渗入零件组织内部，在高温环境下改变零件自身的耐热、耐蚀性，从而导致零件疲劳断裂的问题，保证了零件使用安全性。本发明的方法，概括起来主要有以下技术效果：
1、采用本发明的方法对附着在零件表面上的低熔点合金进行酸洗，附着在零件表面上的低熔点合金去除彻底，保证了零件使用安全性。
2、采用本发明的方法，酸洗过程中，控制零件基体材料去除量不超过1μm，既可保证了零件自身尺寸精度，又可保证零件的强度。
3、本发明的酸洗工艺方法简便易行，具有很好的可操作性。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述本发明内容对本发明做出非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。
实施例1
某型号航空发动机叶片，采用不锈钢精铸成型，叶片的叶冠和榫头采用“方箱”定位辅助加工，叶片叶冠和榫头精加工结束后将“方箱”在从叶片的叶身上去除，“方箱”的材质为锡合金。去除叶片叶身上残留的锡合金采用硝酸溶液酸洗。叶片依次浸没于三个酸洗槽内浓度为750g/l的硝酸溶液中，三个酸洗槽内的硝酸溶液均为新配的清洁硝酸，先于第一个酸洗槽内酸洗30分钟，接着在第二个酸洗槽内酸洗15分钟，再接着于第三个酸洗槽内酸洗15分钟，酸洗结束之后接着将叶片浸没于碱洗槽内重量浓度为40%的碳酸钠溶液中，对叶片酸洗后遗留在叶片上的硝酸溶液进行中和洗，中和洗15分钟结束。叶片从碱洗槽取出后用含有水的压缩空气进行全面清洗，清除叶片经酸洗、中和洗附着在叶片上的残留物。叶片经酸洗处理后，通过原子吸收的方式检测，表明去除“方箱”残留在叶片表面上的低熔点合金的清洗效果理想，叶片基体材料单面去除量不超过1μm，保证了叶片自身尺寸精度和强度，提高了叶片的使用安全性。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是“方箱”的材质为铋合金，硝酸溶液的浓度为780g/l，其中第一个酸洗槽内硝酸溶液为前一次叶片酸洗过程中的最后一次酸洗后的硝酸溶液，后两个酸洗槽内的硝酸溶液均为新配的清洁硝酸溶液，叶片先于第一个酸洗槽内酸洗30分钟，接着在第二个酸洗槽内酸洗15分钟，再接着于第三个酸洗槽内酸洗10分钟结束酸洗。酸洗后碱中和洗使用的碱溶液也为碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的重量浓度为60%，中和洗10分钟结束。叶片从碱洗槽取出后用含有水的压缩空气进行全面清洗。叶片经酸洗处理后，通过原子吸收的方式检测，表明去除“方箱”残留在叶片表面上的低熔点合金的清洗效果理想，叶片基体材料单面去除量不超过1μm，保证了叶片自身尺寸精度和强度，提高了叶片的使用安全性。
Claims (10)
1.一种提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：
(1)将零件依次浸没于不少于2个的酸洗槽内浓度为750g/l～780g/l的硝酸溶液中进行酸洗，将零件表面上的低熔点合金含量酸洗至硝酸溶液中的低熔点合金含量浓度不大于1pmm；
(2)零件酸洗结束后，将零件浸没于碱洗槽内碱溶液中，中和洗除零件表面上的硝酸溶液，以消除硝酸溶液在今后对零件的腐蚀；
(3)零件经碱溶液中和洗后，用带水压缩空气冲洗零件的表面，清洁零件表面上的酸洗残留物。
2.根据权利要求1所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件累计酸洗时间不超过零件基体允许蚀去量所确定的时间。
3.根据权利要求2所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件累计酸洗时间不超过零件基体蚀去1μm层厚所需的时间。
4.根据权利要求1至3之一所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：对酸洗后零件进行中和洗的碱溶液为碳酸钠溶液或氨水。
5.根据权利要求4所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：对酸洗后零件进行中和洗的碱溶液为重量浓度40～60％的碳酸钠溶液。
6.根据权利要求1至3之一所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件依次浸没于2至4个的酸洗槽内进行酸洗。
7.根据权利要求6所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：至少最后一次酸洗用硝酸溶液为清洁的新配硝酸溶液。
8.根据权利要求1至3之一所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件于各酸洗槽内用相同浓度的硝酸溶液进行酸洗，第一次酸洗所用时间大于在后各次的酸洗时间。
9.根据权利要求6所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件于各酸洗槽内用相同浓度的硝酸溶液进行酸洗，第一次酸洗所用时间大于在后各次的酸洗时间。
10.根据权利要求7所述的提高航空发动机精铸高温零件安全性的处理方法，其特征在于：零件于各酸洗槽内用相同浓度的硝酸溶液进行酸洗，第一次酸洗所用时间大于在后各次的酸洗时间。
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