技术领域
[0001] 本
发明涉及金属
表面处理技术领域，特别涉及一种汽轮机末级叶片的激光渗钛工艺。
背景技术
[0002] 汽轮机末级叶片是电厂汽轮机组的最末级叶片，是长度最长、重量最大的一组。汽轮机的工作介质是
水蒸汽，当气流流到末级叶片时，水蒸汽中已含有一定量的液体水珠，这些水珠就会对高速旋转 ( 汽轮机组大小不同，转数有 1500rpm、3000rpm 等几个等级 ) 的末级叶片造成冲刷，使汽轮机末级叶片的强度、平衡状态、工作效率和寿命等受到很大影响。末级叶片对于抗汽蚀和高温
腐蚀疲劳要求较高。汽轮机末级叶片若未经特殊处理，其抗汽蚀和高温
耐腐蚀性能较差，使用寿命较短，经常要停机修复，严重影响了正常生产的进行。因此，如何提高末级叶片抗汽蚀和高温耐腐蚀性能，成为急需解决的问题。
[0003]
申请号200410043735.9的中国发明
专利公开了一种汽轮机低压末级叶片的复合离子
镀膜方法：a.用
清洗剂对叶片进行清洗；b.用
超声波对叶片进行清洗；c.然后预热除去清洗剂和水渍；d.用
铝箔将不需要进行渗层处理的部位密封起来，放入离子束复合表面处理机内；e.用含有Cr和N的离子束轰击叶片，形成过渡层；g.将Cr、N低能离子沉积，形成工作层。该处理方法处理时间长，成本高，无法大规模推广。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服汽轮机末级叶片抗汽蚀和高温耐腐蚀性能较差的问题，提供一种汽轮机末级叶片的激光渗钛工艺，工艺简单，成本低，效率高，处理后的汽轮机末级叶片具有优异的抗汽蚀和高温耐腐蚀性能，使用寿命长。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种汽轮机末级叶片的激光渗钛工艺，所述汽轮机末级叶片的激光渗钛工艺包括如下步骤：
[0007] （1）将汽轮机末级叶片表面处理。
[0008] （2）在表面处理后的汽轮机末级叶片表面均匀铺设一层厚度为0.8-2mm的粉末状渗钛剂；控制渗钛剂的铺设厚度，就能最后在末级叶片表面获得理想厚度的渗钛层，抗汽蚀和高温耐腐蚀性能好，渗钛剂铺设厚度小于0.8mm，形成的渗钛层无法有效起到较好地抗汽蚀和高温耐腐蚀性能；渗钛剂铺设厚度大于2mm，形成的渗钛层抗汽蚀和高温耐腐蚀性能提高效果微弱，同时还增加了成本。
[0009] （3）用激光对铺设的渗钛剂加热1.2-2.5min，所述激光的功率
密度控制在4 6 2 4 6 2
10-10W/cm。控制激光功率密度在10-10W/cm，加热1.2-2.5min，这样渗钛剂能充分
熔化形成渗钛层，且形成渗钛层的效果好。功率密度= 功率/光束横断面积。
[0010] （4）步骤（3）激光处理完成后，立即在汽轮机末级叶片表面包裹保温层，自然冷却至室温。激光处理冷却后就形成渗钛层。激光处理完成后立即包裹保温层，这样为了使渗钛层能缓慢降温，从而形成具有优异性能的渗钛层，且与基体的结合强度高；冷却速度过快，渗钛层与基体的结合强度低，且性能较差。
[0011] 本发明采用激光表面渗钛技术对汽轮机末级叶片进行处理，能准确控制功率密度和控制加热深度，从而减少
变形。利用激光的深聚焦，在不规则的零件上得到均匀的渗钛层厚度。比常规的
热喷涂技术更能得到优良、稳定的表面性能。由于激光的
能量可控性，可以获得光滑平整的表面，而且生产效率高。
[0012] 经本发明处理后的汽轮机末级叶片，取出后，汽轮机末级叶片上可以形成亮灰色渗钛层，表
面层平均厚度约20μm为TiFe+TiFe2+TiC多相区，次层为TiC单相区，平均厚度约为10μm。
[0013] 作为优选，步骤（1）所述表面处理具体为：将汽轮机末级叶片在
氧化炉内加热至450-650℃，保温25-50min，冷却后在
质量浓度8%-10%的
盐酸中
酸洗10-20s除氧化膜，水洗后50-60℃烘干即可。表面处理可去除汽轮机末级叶片表面的杂质，提高渗钛层与基体的结合强度。
[0014] 作为优选，所述氧化炉内为惰性气体气氛。氧化炉内为惰性气体气氛表面处理的效果会更佳。
[0015] 作为优选，所述渗钛剂的配方如下：钛
铁粉45-54%，
氯化铵4-6%，过氯乙烯3-5%， 氧化铝37-44%。控制渗钛剂配方为上述范围，以获得抗汽蚀和高温耐腐蚀性能优异的渗钛层。氯化铵是活化剂。
[0016] 作为优选，所述保温层的材料为
硅酸铝保温材料，保温层包裹厚度为3-5cm。控制保温材料和保温层厚度，以实现有效的缓慢降温模式，以获得性能优异的渗钛层。
[0017] 作为优选，步骤（3）中，激光对铺设的渗钛剂加热时，激光垂直照射渗钛剂。激光垂直照射，渗钛剂受热均匀，形成的渗钛层性能优异。
[0018] 作为优选，步骤（4）完成后，还对汽轮机末级叶片进行
热处理：
[0019] 淬火处理：1050-1100℃，保温4-10小时，空冷；
[0020] 一次回火处理：550-600℃，保温3-5小时，空冷；
[0021] 二次回火处理：500-550℃，保温3-5小时，空冷。
[0022] 通过这样的热处理，可以提高汽轮机末级叶片本身的强韧性，同时还能提高基体对渗钛层的支持能
力。
[0023] 本发明的有益效果是：工艺简单，成本低，效率高，处理后的汽轮机末级叶片具有优异的抗汽蚀和高温耐腐蚀性能，使用寿命长。
具体实施方式
[0024] 下面通过具体
实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0025] 本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0026] 实施例1：
[0027] （1）将汽轮机末级叶片在氧化炉内加热至450℃，保温50min，冷却后在质量浓度8%的盐酸中酸洗20s除氧化膜，水洗后50℃烘干即可。
[0028] （2）在汽轮机末级叶片表面均匀铺设一层厚度为0.8mm的粉末状渗钛剂，渗钛剂的配方如下：钛铁粉54%（市售），氯化铵4%，过氯乙烯5%， 氧化铝37%。
[0029] （3）用激光对铺设的渗钛剂加热2.5min，激光垂直照射渗钛剂，激光的功率密度控4 2
制在10W/cm。
[0030] （4）步骤（3）激光处理完成后，立即在汽轮机末级叶片表面包裹保温层，自然冷却至室温，保温层的材料为
硅酸铝保温材料，保温层包裹厚度为3cm。
[0031] 实施例2：
[0032] （1）将汽轮机末级叶片在氧化炉内（氩气气氛）加热至650℃，保温25min，冷却后在质量浓度10%的盐酸中酸洗10除氧化膜，水洗后60℃烘干即可。
[0033] （2）在汽轮机末级叶片表面均匀铺设一层厚度为2mm的粉末状渗钛剂，渗钛剂的配方如下：钛铁粉45%，氯化铵6%，过氯乙烯5%， 氧化铝44%。
[0034] （3）用激光对铺设的渗钛剂加热2min，激光垂直照射渗钛剂，激光的功率密度控制6 2
在10W/cm。
[0035] （4）步骤（3）激光处理完成后，立即在汽轮机末级叶片表面包裹保温层，自然冷却至室温，保温层的材料为硅酸铝保温材料，保温层包裹厚度为5cm。
[0036] 实施例3：
[0037] （1）将汽轮机末级叶片在氧化炉内加热至500℃，保温30min，冷却后在质量浓度9%的盐酸中酸洗15s除氧化膜，水洗后55℃烘干即可。
[0038] （2）在表面处理后的汽轮机末级叶片表面均匀铺设一层厚度为1mm的粉末状渗钛剂，渗钛剂的配方如下：钛铁粉50%，氯化铵5%，过氯乙烯3%，氧化铝42%。
[0039] （3）用激光对铺设的渗钛剂加热1.2min，激光垂直照射渗钛剂，激光的功率密度控6 2
制在10W/cm。
[0040] （4）步骤（3）激光处理完成后，立即在汽轮机末级叶片表面包裹保温层，自然冷却至室温，保温层的材料为硅酸铝保温材料，保温层包裹厚度为4cm。
[0041] （5）对汽轮机末级叶片进行热处理：
[0042] 淬火处理：1050℃，保温10小时，空冷；
[0043] 一次回火处理：550℃，保温5小时，空冷；
[0044] 二次回火处理：500℃，保温5小时，空冷。
[0045] 实施例4：
[0046] （1）将汽轮机末级叶片在氧化炉内加热至500℃，保温40min，冷却后在质量浓度9%的盐酸中酸洗15s除氧化膜，水洗后50℃烘干即可。
[0047] （2）在表面处理后的汽轮机末级叶片表面均匀铺设一层厚度为1mm的粉末状渗钛剂，渗钛剂的配方如下：钛铁粉50%，氯化铵4%，过氯乙烯4%， 氧化铝41%。
[0048] （3）用激光对铺设的渗钛剂加热1.5min，激光垂直照射渗钛剂，激光的功率密度控5 2
制在10W/cm。
[0049] （4）步骤（3）激光处理完成后，立即在汽轮机末级叶片表面包裹保温层，自然冷却至室温，保温层的材料为硅酸铝保温材料，保温层包裹厚度为3cm。
[0050] （5）对汽轮机末级叶片进行热处理：
[0051] 淬火处理： 1100℃，保温4小时，空冷；
[0052] 一次回火处理： 600℃，保温3小时，空冷；
