[发明专利]一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法

说明书

本发明揭示了一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法，其包括以下步骤：1)采用机械加工法去除待修复涡轮叶片的受损部分；2)采用砂纸打磨待修复部分表面，再用丙酮清洗打磨后的待修复表面；3)通过夹具将待修复涡轮叶片固定于带冷却装置的基座上；4)采用连续脉冲激光重熔待修复部位的表面，获得均匀细小取向一致的结晶组织；5)采用激光增材制造工艺，对涡轮叶片进行逐层修复。6)增材制造完成后，进行去应力热处理。本发明能够有效的解决单晶和定向晶镍基高温合金叶片修复过程中的开裂问题和无法得到连续定向生产组织的问题。

【技术领域】

本发明属于金属材料激光加工技术领域，特别是涉及一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法。

【背景技术】

高性能涡轮叶片特别是航空发动机和燃气轮机维修和维护市场巨大，保守估计，目前每年已超过200亿美元。这其中，核心关键部件高温合金叶片的修复占了很大比例。激光增材制造技术在航空发动机及燃气轮机涡轮叶片的制造和修复领域具有广阔的应用前景。目前，激光增材制造技术已开始逐渐被GE、PW和Rolls-Royce等国际航空发动机生产商接受并应用于各类叶片的修复和制造。但是，国内在这方面的研究还不够成熟，由于技术保密及技术封锁的原因，国内也很难直接获得用于叶片增材制造的设备及相关工艺，导致对于叶片的修复工艺难以达到修复要求。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法，能够有效的解决单晶和定向晶镍基高温合金叶片修复过程中的开裂问题和无法得到连续定向生产组织的问题。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法，其包括以下步骤：

1)采用机械加工法去除待修复涡轮叶片的受损部分；

2)采用砂纸打磨待修复部分表面，再用丙酮清洗打磨后的待修复表面；

3)通过夹具将待修复涡轮叶片固定于带冷却装置的基座上；

4)采用连续脉冲激光重熔待修复部位的表面，获得均匀细小取向一致的结晶组织；

5)采用激光增材制造工艺，对涡轮叶片进行逐层修复。

6)增材制造完成后，进行去应力热处理。

进一步的，所述步骤2)中，待修复部分表面处理后的表面粗糙度Ra为1～8μm。

进一步的，所述步骤2)中，用丙酮清洗1～3次，且在清洗打磨后的待修复表面时，还可以混合酒精一起进行清洗。

进一步的，所述步骤4)中，激光重熔过程采用连续激光，其工艺参数范围为：激光功率P为400～1200W，激光光斑直径为5～10mm，激光扫描速度为30～150mm/s，脉冲频率10～100Hz。

进一步的，所述步骤5)中，增材修复过程中使用的增材为镍基单晶高温合金粉末，且在激光重熔修复前，将粉末在干燥炉中烘干，以去除粉末中的水分，其中，烘干温度设为100～150℃，保温60～180min，粒度为50～200目。

进一步的，所述步骤5)中，增材修复过程采用连续激光，其工艺参数范围为：激光功率100～2000W，光斑直径为2～8mm，激光扫描速度为20～300m/s，送粉速率为1～30g/min，离焦量为-10mm～30mm，层间厚度0.1～0.5mm。

进一步的，所述冷却装置为水冷方式。

与现有技术相比，本发明一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法的有益效果在于：集成激光能量调节系统及高速沉积头，并提供适用于单晶和定向叶片增材制造与修复的工艺技术，实现对冶金缺陷和组织定向生长的控制；具有激光能量可调、沉积速度快的特点，并且专门针对单晶和定向叶片修复，提供冶金缺陷及组织生长可控等方法和工艺。