葉片表面一種黑色線狀顯示原因分析

周 艷，李 林，姜 凱

(中國航發貴州黎陽航空動力有限公司，貴陽 550017)

0 引言

某葉片是葉尖磨損后經激光熔覆增材修復的零件，在熒光檢查過程中未發現任何缺陷，但在目視檢查過程中，在葉尖增材熔覆處發現黑色線狀顯示，該顯示目視可見明顯、熒光反復檢查不可見，為了判別黑色線狀顯示的缺陷性質，選3件典型樣件，通過幾種方案進行試驗與驗證。

葉片目視(放大鏡)缺陷形貌見圖1，葉片熒光顯示見圖2。

圖1 葉片目視黑線顯示位置(從左到右分別為1#、2#、3#)Fig.1 Display position of visual black line of blade (1#, 2#, 3# respectively from left to right)

圖2 葉片熒光缺陷顯示(從左到右分別為1#、2#、3#)Fig.2 Fluorescent defect display of blade (1#, 2#, 3# respectively from left to right)

1 方案制定

1.1 熒光檢測

熒光檢測是通過毛細現象作用，滲透液滲入到各類開口于表面的細小缺陷中，清除附著于表面上的多余滲透液，經干燥后施加顯像劑，缺陷中的滲透液在毛細現象的作用下被重新回滲到零件表面，形成放大了的顯示，在黑光下觀察，缺陷處發出黃綠色的熒光顯示。

滲透檢測能否檢測出零件表面開口缺陷，一方面取決于滲透材料的性能，另一方面取決于缺陷狀況。根據缺陷內滲透液滲入深度公式h≈acosθ/kp0可以看出(h為滲透液滲入缺陷的深度，k為缺陷的寬深比，acosθ為滲透液的性能，p0為大氣壓力)，該葉片因為表面光潔度高，表面缺陷非常細微、致密，檢測難度大，所以該葉片滲透檢測都是采用最高靈敏度的后乳化熒光滲透檢測法(材料為美國生產的4級靈敏度后乳化滲透檢測材料)，熒光檢驗后無顯示，顯然并非材料原因造成。是否是缺陷狀況影響了缺陷的檢出呢？缺陷的寬深比小，檢測靈敏度高，反之靈敏度低。導致缺陷寬深比小的原因一方面可能是缺陷內污染造成滲透液無法滲入，降低了缺陷的檢出率，另一方面是缺陷本身寬度太小，深度太小，滲透液雖然能滲入，但是在后續的清洗工序中很容易被洗掉，造成缺陷處無任何熒光液殘留，因此缺陷也無法顯示。為了排除缺陷寬度小、深度小及污染原因等進行了酸腐蝕檢查。

1.2 腐蝕檢測

為了排除缺陷寬深比太大造成的缺陷無法檢出，對1號葉片進行了打磨并安排了腐蝕檢驗，利用酸對金屬強烈的腐蝕作用將零件表面的氧化物等雜質去除，將缺陷開口打開，使滲透液滲入，腐蝕之后在放大鏡下觀察，線形顯示依然存在，對該葉片再次進行了熒光檢查，結果仍然無任何熒光顯示痕跡。腐蝕后目視零件黑線顯示見圖3所示，腐蝕后熒光檢驗見圖4所示。

因此，缺陷狀況(包括缺陷開口寬度，污染物堵塞)造成缺陷未檢出的推論是不成立的。為了進一步確定黑線顯示的性質，對3件樣件進行了金相檢查。1#為顯示處腐蝕后的葉片，2#為腐蝕處打磨過的葉片，3#為未做任何處理的葉片。

圖3 腐蝕后目視黑線顯示圖 (1# 見腐蝕痕跡)Fig.3 Display of visual black line after corrosion (1# corrosion trace found)

圖4 腐蝕后熒光顯示圖(1#)Fig.4 Fluorescent display after corrosion (1#)

1.3 金相驗證

表面宏觀觀察：

經宏觀觀察，送檢三件葉片(分別標記為1#、2#、3#)線性缺陷位置相同，均出現于葉身盆向進氣邊側、距離葉尖約2 mm處，三件葉片的缺陷放大后均為斷續分布的黑線，黑線處未見明顯開口，屬于同類型缺陷。

表面電鏡觀察及能譜分析：

詳見表1能譜結果表。

表1 能譜結果表 (mass%)

缺陷剖面觀察：

取2#缺陷橫向金相試樣，磨至缺陷位置后拋光、腐蝕后觀察(傾斜45°，觀察是否磨至缺陷)，在增材和葉片的交界，有深度約7 μm的疑似缺陷，繼續磨制試樣，拋光、腐蝕后觀察，在每次磨制的試樣面上，疑似缺陷深度均較淺。增材部分組織為縱向分布的枝晶和枝晶間共晶相，葉片基體組織為顆粒狀+短棒狀δ相、少量碳氮化合物。

表2 能譜結果表 (mass%)

缺陷表面磨制觀察：

將3#缺陷切割后，沿缺陷表面小心磨制，磨制的平面恰好與缺陷表面平行時拋光(缺陷位于葉身凹陷處)，在三維視頻儀測得黑線缺陷凹坑深約12.8 μm。在顯微鏡下觀察，黑線長約2.3 mm(未磨制時長2.5 mm)，黑線兩側有大量殘留的凹坑，在尾端可見氧化皮形貌，氧化皮厚度約5 μm，掃描電鏡對基體、缺陷進行能譜分析，缺陷處含有少量Si、Ca等雜質元素，O元素含量較高，合金元素比例與基體較接近。

經宏觀觀察，送檢三件葉片線性缺陷位置相同，均出現于葉身盆向進氣邊側、距離葉尖約2 mm處，均表現為黑線狀，為同類型缺陷。通過磨制3#缺陷表面金相高倍試樣，測得缺陷深度約12.8 μm，缺陷尾端可見氧化皮形貌，經能譜分析確定為氧化皮；磨制2#缺陷深度方向試樣，觀察到的缺陷深度較淺，約7 μm，位于增材和葉片的交界。故判斷黑線缺陷性質為增材與基體未熔合的間隙。

2 結論

葉片激光熔覆修復后，要對葉片型面進行拋修，黑線出現的區域屬于葉盆凹陷處，拋修時不易去除；當增材與基體存在間隙時，拋修后在該區域將殘留最多。送檢3件葉片黑線深度較淺，后續拋光、噴丸、振動光飾等表面加工，對間隙有一定的掩蓋作用，使電鏡難于分辨、熒光無顯示；由于缺陷處有黑色氧化皮存在，故目視反而容易發現。因此，此零件目視可見熒光未見的黑線顯示，為葉片在增材過程中殘留的增材與基體未融合的間隙，且增材與基體之間無組織異常，不存在表面開口。此目視可見的顯示不是不連續性缺陷造成的，屬于氧化物的殘留，顯示對葉片的質量無任何影響，屬于熒光檢查合格零件。