某型發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片料漿滲鋁腐蝕分析及工藝方法改進(jìn)

侯磊 宋新英 劉瑤 劉歡歡

摘要：針對(duì)料漿滲鋁過(guò)程中ЖC6Y葉片出現(xiàn)批量性腐蝕的情況，通過(guò)對(duì)加工流程檢查、故障件宏觀檢查、金相分析等方法，確定腐蝕故障機(jī)理，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，提出相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片;滲鋁腐蝕

滲鋁是通過(guò)物理或化學(xué)的方法把鋼和介質(zhì)加熱到一定溫度，使鋁原子滲入并擴(kuò)散到鋼材基體的過(guò)程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片通過(guò)滲鋁可在葉片表面形成鋁化物涂層，在高溫作用下形成連續(xù)致密穩(wěn)定的Al203氧化膜，提高葉片的抗氧化性和抗熱腐蝕性。

1 故障描述

某型發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片采用料漿滲鋁恢復(fù)滲鋁層，一次滲鋁深度不合格時(shí)，濕吹沙后，返工補(bǔ)滲一次后在葉身表面產(chǎn)生了嚴(yán)重的腐蝕。該葉片材料為ЖC6Y，圖樣規(guī)定滲鋁層深度為0.025～ 0.070mm。

2 故障檢查與分析

2.1 故障件檢查

葉片滲鋁修理的流程為：吹砂——除舊滲層——濕吹砂——噴料漿——滲鋁——濕吹砂。本批產(chǎn)品一次滲鋁深度不合格后，返工處理時(shí)未除舊滲層，濕吹砂后按正常滲鋁料漿噴涂厚度噴涂料漿后補(bǔ)滲，返工滲鋁濕吹砂清理后發(fā)現(xiàn)葉片局部表面出現(xiàn)鼓包、表面凹凸（見(jiàn)圖1），局部出現(xiàn)金屬珠等表面異常狀態(tài)（見(jiàn)圖2），隨后采用化學(xué)方法除掉滲鋁層，除掉滲鋁層后發(fā)現(xiàn)葉片局部表面出現(xiàn)大量腐蝕坑（見(jiàn)圖3）。

2.2 理化分析

除鋁回火后宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，葉片表面總體呈灰黃色，葉片進(jìn)排氣邊附近和葉盆大部分區(qū)域出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕坑，部分腐蝕坑中存在點(diǎn)狀殘留物凸起（見(jiàn)圖4）。

微觀檢查發(fā)現(xiàn)，葉片基體組織主要為Y和Y+Y共晶組織，屬葉片正常）KC6Y合金組織。葉片表面腐蝕坑處顯微組織為Y和Y+Y共晶，葉片腐蝕坑附近顯微組織正常。

對(duì)葉片進(jìn)行理化分析檢查：

1）在葉背選取兩處腐蝕坑，分別在葉片基體、腐蝕坑坑底、腐蝕坑中間凸起處進(jìn)行能譜分析。葉背表面腐蝕坑處能譜分析表明，腐蝕坑底存在含S元素的腐蝕產(chǎn)物。腐蝕坑中的小點(diǎn)為含氧、高鋁的化合物，應(yīng)為葉片原滲鋁層。

2）在葉盆選取兩處腐蝕坑，分別在葉片基體、腐蝕坑坑底、腐蝕坑中間凸起處進(jìn)行能譜分析。葉盆表面腐蝕坑處能譜分析表明，腐蝕坑底存在含S元素的腐蝕產(chǎn)物。葉盆局部表面含有S和Al元素，Al元素含量較低，應(yīng)為基體所含Al元素。腐蝕坑中的小點(diǎn)為含氧、高鋁的化合物，應(yīng)為葉片原滲鋁層。

3）在腐蝕葉片葉盆處取金相試樣，在葉片表面凹坑處進(jìn)行能譜分析。在金相試樣上的腐蝕坑處，葉片表面腐蝕處均存在含S元素的腐蝕產(chǎn)物。

4）對(duì)葉片表面凸起進(jìn)行能譜分析，葉片腐蝕凸起部位元素成分（見(jiàn)表1）符合葉片K465合金主要材料組成（見(jiàn)表2）。

2.3 故障分析結(jié)論

分別采用合金分析儀和碳硫儀對(duì)料漿進(jìn)行成分測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明其中不含S元素。使用報(bào)廢葉片在除滲鋁層的槽液中浸泡2小時(shí)后，用合金分析儀測(cè)定其表面黑灰類腐蝕產(chǎn)物中含有少量S元素。確認(rèn)S元素為燃油燃燒產(chǎn)物所帶。同時(shí)通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)證明，鎳基高溫合金硫腐蝕產(chǎn)物為綠色，而沾染NaOH、NaN02、NaCl、除鋁劑（HF+Cr03+HN03）的試樣外觀為黑色，見(jiàn)圖5、圖6，與滲鋁葉片故障外觀（圖1）不符，排除此故障為S腐蝕。

二次滲鋁前采用濕吹砂清理葉身未能將葉片表面清理干凈，導(dǎo)致二次噴涂的料漿與一次滲鋁表面不浸潤(rùn)，同時(shí)二次滲鋁時(shí)料漿噴涂厚度采用正常工藝下限厚度噴涂。一次滲鋁層與二次噴涂料漿層累積造成基體表面富集了大量的鋁元素，二次滲鋁過(guò)程中鋁元素未及時(shí)沉積到基體，鋁粉熔化，在粘結(jié)劑中聚集形成鋁液滴。滲鋁過(guò)程中葉身表面的鋁液滴與葉身接觸形成低熔點(diǎn)金屬熔蝕，粘結(jié)劑中未與葉身直接接觸的鋁液冷卻時(shí)形成鋁珠。

3 機(jī)理分析

相互接觸的兩種金屬形成一對(duì)擴(kuò)散偶互擴(kuò)散，由于在液體中的擴(kuò)散速度大于在固體中的擴(kuò)散速度，固體金屬可快速擴(kuò)散溶解進(jìn)入鋁液中。同時(shí)，葉片基體的表層原子與鋁液的原子發(fā)生冶金結(jié)合作用，形成的金屬間化合物脫離基體進(jìn)入液體中，暴露出新的基體表面。

熔蝕作用就是葉片基體依靠這種“擴(kuò)散——化合——熔化”的方式一層一層連續(xù)熔蝕的過(guò)程。而且氧氣、雜質(zhì)或其他添加物介入了高、低熔點(diǎn)金屬間的反應(yīng)，形成了三者或多者相互影響的復(fù)雜反應(yīng)，由于這些中間反應(yīng)的激活能比一步反應(yīng)的激活能低，故使反應(yīng)大大加速，熔蝕作用得以加快。返工時(shí)葉片除鋁后鋁元素被腐蝕掉，基體出現(xiàn)凹坑。溶入鋁液的基體元素未被除滲鋁溶液腐蝕掉而形成凸起。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

使用報(bào)廢的I、Ⅱ級(jí)渦輪葉片進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)。試驗(yàn)方案共5組，I級(jí)導(dǎo)向器葉片2片，Ⅱ級(jí)導(dǎo)向器葉片3片，分別命名為1#、2#、3#、4#、5#，工藝方案見(jiàn)表3，故障復(fù)現(xiàn)狀況如圖7。

二次滲鋁后1#試樣表面狀態(tài)正常，2#至5#試樣葉盆均出現(xiàn)鋁珠。吹砂清理后4#、5#出現(xiàn)類似腐蝕故障，如圖8、圖9。

5 結(jié)論

二次滲鋁時(shí)富集的鋁未能及時(shí)沉積到基體內(nèi)，在葉片表面形成低熔點(diǎn)金屬腐蝕。滲鋁質(zhì)量檢查不合格時(shí)，應(yīng)采用干吹砂加溶液去除或機(jī)械清理的方法除去舊滲層，再重新噴涂料漿滲鋁。

參考文獻(xiàn)

[1]趙艷.低熔點(diǎn)金屬與不銹鋼表面交互作用的研究[D].大連理工大學(xué)，2013.

[2]陳俊文，邵孝沛.低熔點(diǎn)金屬對(duì)鋼鐵零件的熔蝕[J].金屬熱處理，1988（7）.

[3]李云，郭建亭，袁超，楊洪才，徐寧，申志明.鎳基鑄造高溫合金K35的熱腐蝕行為[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2005（4）.

[4]隆小慶.航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件熱腐蝕機(jī)理的探討[J].全面腐蝕控制，2003（2）.

[5]趙德孜.海洋環(huán)境下燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的熱腐蝕與防護(hù)[J].裝備環(huán)境工程，2011（5）.

[6]郭殿品、張桂芝.多次滲鋁對(duì)渦輪葉片疲勞性能的影響[J].航空制造工程，1995（11）.