[发明专利]一种燃机叶片用陶瓷型芯防开裂工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于高温合金技术领域，特别涉及燃气轮机叶片陶瓷型芯的制备工艺。

背景技术

燃气轮机具有高功率、高热效率、体积质量小、低污染等优点，在大型火力发电、水面舰船、航空、化工工业等领域应用非常广泛。

先进的燃气轮机是动力的核心设备，是一个国家工业基础水平的标志，代表一个国家的综合装备技术水平。燃气轮机最关键的热端部件是涡轮叶片，为了提高燃机的热效率，涡轮叶片前进气温度越来越高。涡轮叶片通常采用耐高温材料-----高温合金制成，尽管如此，涡轮叶片进气温度已接近或超过合金的熔点，因此，在现在所有的燃机叶片中都采用空气冷却技术。空气冷却效果的高低与叶片的气冷结构有密切关系，为了追求更高的气体冷却效果，叶片的空心结构也越来越复杂，在这个冷却结构中存在纵横交错的换热肋、扰流柱及各种沟槽结构。通常，燃机叶片采用精密铸造方法制备，复杂空心结构采用陶瓷型芯来形成。空心叶片用陶瓷型芯由于结构的复杂性使得其在烧结过程中在尺寸相差悬殊处非常容易断裂，见图一，这使得陶瓷型芯的合格率大为降低，生产成本也大大提高。因此，如何解决陶瓷型芯尺寸差别大的连接处断裂问题是生产中急需解决的问题。

发明内容

发明目的：

本发明涉及一种燃机叶片用陶瓷型芯防开裂工艺方法，其目的是开发出一种合理可行的防陶瓷型芯开裂工艺方法，满足高复杂程度陶瓷型芯高合格率的需求。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种燃机叶片用陶瓷型芯防开裂工艺方法，其特征在于：在叶片用整体陶瓷型芯的易开裂处设置预置陶瓷型芯；制备预置陶瓷型芯时，将预置陶瓷型芯的一端浸涂一薄层蜡，另一端保持原样，浸涂薄蜡层的一端为自由端，另一端为固定端；然后将处理后的预置陶瓷型芯放入叶片用整体陶瓷型芯模具中进行压制得整体陶瓷型芯，最后将整体陶瓷型芯进行烧结制得成品。

预置陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯、氧化铝基陶瓷型芯或纯石英玻璃管。

预置陶瓷型芯的直径与过渡段最窄处直径相等或比其小1%-5%，长度比整体过渡段略长3-5毫米。

预置陶瓷型芯的一端进行涂蜡处理，其长度为预置陶瓷型芯整体长度的四分之一到二分之一，其余部分不涂蜡。

预置陶瓷型芯采用软固定技术，具体为：在预置陶瓷型芯中间部分套设有一固定环，固定环的材质为聚乙烯，预置陶瓷型芯用固定环固定在整体陶瓷型芯模具中。

在整体陶瓷型芯模具中，在预置陶瓷型芯的固定环位置留一沟槽，该沟槽外形尺寸比固定环大1%-5%，固定环容易放置在沟槽里。

所述整体陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯或氧化铝基陶瓷型芯。

二氧化硅基陶瓷型芯的烧结工艺为：陶瓷型芯脱蜡阶段采用低温缓慢升温烧结，升温速度小于3℃/分钟，升至500℃时保温1小时，快速升温至900℃，升温速度为10℃/分钟，保温时间1小时，然后快速升温至终烧温度，升温速度为10℃/分钟；终烧温度为1150℃-1190℃，时间3-5小时。

氧化铝基陶瓷型芯的烧结工艺为：陶瓷型芯脱蜡阶段采用低温缓慢升温烧结，升温速度小于3℃/分钟，升至500℃时保温1小时，快速升温至900℃，升温速度为10℃/分钟，保温时间1小时，然后快速升温至终烧温度，升温速度为10℃/分钟；终烧温度为1480℃-1500℃，时间3-5小时。

整体陶瓷型芯烧结后要进行高温强化和低温强化，具体工艺过程为：陶瓷型芯烧结后，将型芯浸入含有SiO₂为20%-30%的硅酸乙脂或硅溶胶中，时间0.5-1小时，然后在空气中干燥，完成高温强化过程；低温强化是将高温强化后的陶瓷型芯浸入低温强化剂中，浸泡时间为0.5-1小时，然后取出在空气中干燥，干燥后在120℃-160℃烘干1-3小时，完成低温强化过程；低温强化剂由环氧树脂、固化剂聚酰胺与稀释剂丙酮组成，环氧树脂与固化剂聚酰胺的质量比介于1:1-1:2之间，稀释剂丙酮占低温强化剂总体积的60-80%。

优点及效果： 

本发明涉及一种燃机叶片用陶瓷型芯防开裂工艺方法，具有如下优点：

（1）、通过预置陶瓷型芯的自由端，可充分释放整体陶瓷型芯烧结过程中产生的应力，进而有效避免了陶瓷型芯断裂现象的产生；

（2）、整体陶瓷型芯烧结后具有较高的成品率，在陶瓷型芯过渡处基本没有开裂现象。

附图说明

图1为整体陶瓷型芯结构示意图；

图2为过渡段预置陶瓷型芯结构示意图。