[发明专利]燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于提高钛或钛合金表面硬度即耐磨性的激光处理技术，具体为一种 燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法。

背景技术

目前，燃气轮机广泛应用于航空发动机和地面发电装置上。钛合金因其高的 比强度，优良的耐蚀性能在燃气轮机的压气机叶片、中介机匣、防冰壳体与杯形 件、油泵叶轮等零部件上被广泛采用，而随着高推比、高功率、高性能燃气轮机 的发展，钛合金的使用将愈来愈多。然而，钛合金由于其较低的硬度、不耐磨而 在应用上受到限制。同时，目前在使用的钛合金件也经常遭受磨损损伤而失效， 如燃气轮机的压气机叶片常由于其叶尖端部与封严环碰撞摩擦而被磨短，以及叶 片阻尼凸肩表面微震磨损叶片间隙增大，而导致叶片叶身激烈摆动，严重时叶片 叶根发生断裂事故。

发明内容

为解决燃气轮机钛合金叶片的叶尖和叶片阻尼凸肩表面磨损问题，本发明的 目的是提供一种燃气轮机钛合金叶片激光熔覆硬面涂层工艺方法。采用本工艺方 法，可以用来对钛合金叶片的叶尖或阻尼凸肩进行硬面敷层强化处理，亦可对服 役后磨损减少尺寸的叶片叶尖或阻尼凸肩进行几何尺寸恢复的修复，并达到延寿 的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，根据叶片的叶尖或阻尼凸 肩结构几何形状，采用相应的套膜胎具，在套模胎具中预置粉末，由套模胎具及 添加在其中的粉末构成静态粉末床，并借用静态粉末床将粉末均匀地预置在叶片 叶尖上或叶片阻尼凸肩上；采用惰性气体或N₂保护激光辐照区，使用脉冲式激光 器或连续式激光器对叶片进行激光辐照。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，激光熔覆形成的涂层达 到硬度HRC35～62，厚度为0.1mm以上，涂层平滑光亮、无气孔裂纹；涂层与 叶片基体之间结合界面为冶金熔合，组织均匀，无冶金缺陷存在。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，采用铜、铝、铝合金或 石墨制成适配于叶片叶尖或叶片阻尼凸肩几何结构形状的套模胎具，该套模胎具 与叶片叶尖端平面或叶片阻尼凸肩表面组合构成一个凹腔，即所谓静态粉末床； 然后，向此粉末床内敷置粉末。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，套模胎具设有通水冷却 通道，在套模胎具上设有保护气体喷咀。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，粉末预置方式为干粉撒 置法、胶粘接法、料浆灌置法、自动喂送粉末法或坯块预置法。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，所述粉末采用钛合金粉 末与金属碳化物粉末或B₄C粉或BN粉混合而成的复合粉末；其中，

钛合金粉末和金属碳化物粉末，混合的重量比例为从95％∶5％到85％∶15％；

钛合金粉末和BN或B₄C粉末，混合的重量比例为从99.9％∶0.1％到90％∶ 10％。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，钛合金粉末为：α-Ti、 α+β-Ti或β-Ti三种组织结构形式钛合金粉末，粉末粒度从100目到350目；金 属碳化物粉末为：过渡金属碳化物或难熔金属碳化物，粉末粒度从100目到400 目；BN或B₄C粉末粒度从100目到400目。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，复合粉末采用机械滚动 球磨或高能球磨制备。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，脉冲式激光器进行激光 辐照的工艺参数如下：

每个脉冲作用的能量5～80J；

脉冲宽度为2～16ms；

脉冲频率为1～20Hz；

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，连续式激光器进行激光 辐照的工艺参数如下：

功率密度10³～10⁶W/cm²；

输出功率为500～10000W。

所述的燃气轮机钛合金叶片激光硬面涂层工艺方法，激光辐照前，叶片和粉 末经25℃～150℃烘干；激光辐照后，叶片件经400℃～1000℃真空处理2～5小 时。

本发明的优点：

1、不需要真空，在大气条件下，仅需Ar、He等惰性气体保护下进行激光熔 覆，在钛合金基体上形成钛基硬面敷层；