[发明专利]一种通过气流搅拌提高氧化铝基陶瓷型芯脱除速率的脱芯设备

说明书

技术领域

本发明属于空心涡轮叶片制造技术领域，具体涉及一种通过气流搅拌提高氧化铝基陶瓷型芯脱除速率的脱芯设备。

背景技术

现代航空发动机及燃气轮机均采用空心涡轮叶片，涡轮叶片工作环境极其恶劣，温度极高，单纯靠提高高温合金的耐温性已经不能满足叶片使用要求，必须靠在叶片内部制造冷却流道来满足工作要求。为制造叶片内部的冷却流道，需要制造和使用具有对应结构的陶瓷型芯。目前，陶瓷型芯材料主要为氧化铝和氧化硅，与氧化硅基型芯相比，氧化铝基陶瓷型芯具有更高的抗高温蠕变性及化学稳定性，因此在新一代高温合金叶片铸造过程中得到广泛应用。

但是，与氧化硅基型芯相比，氧化铝基型芯脱除困难。目前，针对氧化铝基陶瓷型芯的主流脱除方法有两类，高温高压脱芯法及常压碱煮脱芯法。其中高温高压脱芯法脱芯速率较快，但脱芯反应产物易在型芯表面形成覆盖，难以保证高速脱芯的持续性，且高压设备存在安全隐患；而常压碱煮脱芯法则可以靠沸腾作用引起的碱液运动及时将脱芯反应产物冲刷掉，且设备安全性高，故使用率较高。但是在常压碱煮脱芯的中后期，沸腾作用引起的流道深处碱液的运动较弱，难以有效清除冷却流道深处型芯表面的脱芯产物。脱芯产物覆盖会阻碍脱芯反应的快速进行，导致冷却流道深处型芯的脱除速率较低。因此，研究能提高冷却流道深处型芯脱除速率的脱芯设备具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过气流搅拌提高氧化铝基陶瓷型芯脱除速率的脱芯设备。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种通过气流搅拌提高氧化铝基陶瓷型芯脱除速率的脱芯设备，包含常压碱煮脱芯装置、氮气发生器、耐腐蚀细软管、排气管；其中，

常压碱煮脱芯装置包括反应腔以及设置在反应腔顶部的进气口和排气管，工作时，氮气发生器通过耐腐蚀细软管与常压碱煮脱芯装置连通，反应腔内装有脱芯液，用于对空心涡轮叶片内的型芯进行脱除处理；氮气发生器将氮气通过耐腐蚀细软管输送到冷却流道深处型芯的表面附近位置，对该处的脱芯液进行气流搅拌，引起该处脱芯液运动，从而促进型芯表面脱芯反应产物的脱落，并通过排气管将反应腔中多余的气体排出。

本发明进一步的改进在于，常压碱煮脱芯装置底部设置有加热炉，加热炉选用包括温度自动控制功能的电加热炉，对反应腔内脱芯液的加热温度范围为120℃～250℃。

本发明进一步的改进在于，高温高浓度碱液的质量浓度范围为50％～70％，由KOH溶于水配制而成。

本发明进一步的改进在于，氮气发生器出气口设置有控制气流通断和气流量大小的开关阀，且提供的氮气纯度在99.99％以上。

本发明进一步的改进在于，耐腐蚀细软管由聚四氟乙烯材料制成，其管径范围为0.3mm～2mm，且可以形成多路分支。

本发明进一步的改进在于，空心涡轮叶片内的型芯为氧化铝基陶瓷型芯，且空心涡轮叶片的尺寸范围为50mm～300mm。

本发明进一步的改进在于，反应腔采用耐碱液腐蚀的蒙耐尔合金制成，以保证在高温高浓度碱液工况下的工作寿命。

本发明具有如下的优点：

本发明中的脱芯设备包括常压碱煮脱芯装置、氮气发生器、耐腐蚀细软管和排气管等部分，属于常压脱芯范畴。该设备可以保持常压碱煮过程中脱芯反应的持续高效性，这是因为在脱芯前期，主要靠沸腾作用引起的脱芯液运动冲刷型芯表面覆盖的脱芯产物，而在脱芯中后期，氮气发生器通过插入冷却流道深处的耐腐蚀细软管对此处提供氮气，形成气流搅拌作用，以加强此处脱芯液的运动，从而促进冷却流道深处型芯表面脱芯产物的脱落。该设备引入的气流不会对脱芯液造成污染，这是因为空气中含有二氧化碳，如果采用空气流对脱芯液进行搅拌，二氧化碳会与脱芯液中的氢氧根离子反应，从而降低脱芯液浓度，而氮气发生器产生的氮气不会与脱芯液中的氢氧根离子反应，不会降低脱芯液的浓度。该设备不会因为气流量过大而减小脱芯液与型芯的接触面积，也不会因为气流量过小导致脱芯液运动过弱，这是因为氮气发生器出气口的开关阀可以调节控制气流的大小。该设备不会存在高压危险，这是因为反应腔中多余的气体可由排气管排出。

进一步，本发明中的脱芯液采用高温高浓度的碱液，能实现碱液与型芯快速反应，这是因为高温高浓度情况下碱液与型芯反应速度较快。

进一步，本发明中的氮气发生器提供的气流，不会对碱液造成污染，这是因为氮气发生器提供的氮气几乎不含二氧化碳，不会与碱液中的氢氧根离子反应而使碱浓度降低。