[发明专利]一种制造钛基合金涡轮叶片的方法

说明书

本发明涉及一种制造钛基合金涡轮叶片的方法，至少其叶片前缘的叶尖区域有一层面层材料比钛合金基较耐侵蚀。这种叶片适宜用于蒸汽涡轮的低压级，因为，虽然体积大，但可满足大约100℃温度范围内的机械强度要求，并且不过度增高转子的应力。在这温度范围内，进入涡轮的蒸汽凝结，水滴高速冲击暴露于进入蒸汽的涡轮叶片表面。这种表面，尤其是，指叶片的前缘和在叶片低压侧跟在叶片前缘后面的表面部分。水滴可能造成侵蚀损坏。叶片叶尖附近的区域特别受影响，因为这一点上的叶片圆周速度最大。

本文开头提及的这类涡轮叶片，例如从专利GB-A-1479855或EP-B1-0249092中可知为公知技术。该公知的涡轮叶片在其叶尖区域中，有一个包括叶片前缘的叶片区域，它是利用银钎焊或紫铜钎焊、将一个含碳化钛的保护体钎焊在没有保护体的钛基合金涡轮叶片上制成的。这种保护体特别是用来使涡轮叶片的受危害区域免受侵蚀损坏。保护体在没有保护体的涡轮叶片上的制造及应用是较为复杂的。此外，在这安排中，不能排除在不加保护体的钛叶片的钛基合金上粘附保护体方面的困难。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造如本文开头所述这类新颖的涡轮叶片的制造方法，可用以在高效益成本比下制造叶片，并且适合作大量生产。

一种制造钛基合金涡轮叶片的方法，其中至少接近叶尖的并包括叶片前缘的叶片区具有一表层较钛基合金耐腐蚀的材料，该区具有一层借助于高功率能源通过重新熔化钛基合金表面的方式加合金元素于其中来形成的保护层，其中重新熔化合金是在一种跟钛基合金一起形成氮化物的气体中完成的，高功率能源是一种周期移动的激光，其工作参数是这样决定的，使保护层的厚度介于0.1至0.7毫米，其最大维氏硬度为600HV，在钛基合金中由激光产生的并形成保护层的痕迹是这样安排的，使相邻痕迹搭接70%-90%，最好为75%-85%。

在上述方法中，安排在叶片前缘区域内的痕迹为来自几个侧面的所述气体所覆盖。

因此在本发明的涡轮叶片情况下，在一个简单的工艺步骤中例如用大功率能源对无保护的钛基合金作表面处理，便可获得叶片的经处理区域的表面硬化，从而达到对水滴侵蚀的有效防护。这种侵蚀防护处理特别可靠，因为一方面，与钛基合金牢固连接的保护层，通过表面处理作为扩散过程的结果而形成的。在另一方面，适当层厚给定时，这保护层还显示出可与钛基合金比拟的低的开裂敏感度。

对本发明的比较完全的理解和伴随的许多优点，很容易了解，因为参照下面的详细叙述，结合附图考虑，便可更加了解制造本发明的涡轮叶片的装置，附图仅一幅，作简示。

现参看附图，图示装置有一个支承台1，可在水平面中移动，有支承板3承载涡轮叶片2，可在座标X轴方向上平移，有底板4支持支承板3，沿与X轴垂直的座标Y轴移动。一个波长入的激光发生源用号5标示。将激光发生的光，在处理装置6中聚焦在涡轮叶片上。如果可以用不同的大功率能源，诸如发生等离子体束或电子束的器械，以取代激光。处理装置6可沿座标Z轴方向，垂直于支承板3移动，需要时同时绕X及Y轴转动。处理装置6和与大功率能源牢固连接的支承台1的动作的协调，这可用记忆程序控制器（未示）进行，控制器对伺服电机作用，取得平移及旋转动作。

管子7供给氮/氩混合气，需要时供给氮和任意的一种或多种惰性气体的混合气，从一个贮存器（未示），向吸气侧表面9上的大功率能源的激光作用点8，或涡轮叶片2的叶片前缘10供给，管子紧固在处理装置6上。供给的气体中无氧气，复盖激光的作用点8，以周围氧不接触的方式形成痕迹11。尤其在叶片前缘10的区域中，管子7安排成使气体从若干侧复盖激光作用点8，例如从涡轮叶片2的低压侧及高压侧。这样可保证激光作用点8上，甚至在叶片前缘10的区域内保持无氧。同时，增加气体的供给，可保证改善叶片前缘10的处理区域的冷却。

处理过程中，作大功率能源用的激光5相对于叶片2循环移动。循环动作图示得很清楚，可用往复移动沿座标Y轴进行，在每一调头的位置上，略沿X轴前进。利用辐射装置6围绕X轴的旋转动作，同时辐射装置6沿Z轴移动，在往复动作中，叶片前缘10在低压侧及高压侧可承受激光。在这过程中，在激光作用点8位置上的钛基合金的表面部分熔化，通过管子7供给的气体将合金元素送入熔化金属。在图示的混合气中将氮送入作合金元素。氮和熔化的钛基合金中的钛，共同形成极硬的氮化钛。也可用适当组分的供给气体，相应形成硼化钛和/或碳化钛。