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一种 燃气轮机 叶片微弧沉积涂层修复工艺方法

阅读：888发布：2021-02-14

专利汇可以提供一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及燃气轮机维修领域，具体为一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，尤其是重型燃气轮机的压气机叶片、涡轮转子叶片与导向器叶片/ 喷嘴件经服役使用过程所引起的几何构形与表面涂层的局部损伤区，采用微弧沉积涂层修复之一种工艺方法，对燃气轮机叶片进行微弧沉积涂层修复，微弧沉积涂层过程是指：以电极棒为正极、工件为负极，在电极棒与工件表面之间高频率直流脉冲微弧放电，并发生电极棒材料自耗转移到工件表面接触区域的冶金过程，材料转移沉积过程的环境为惰性气体或真空或绝缘油。本发明可以解决现有技术中存在的修复工艺复杂、易变形、成本高，不能及时可靠修复等问题。，下面是一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：对燃气轮机叶片进行微弧沉积涂层修复，微弧沉积涂层过程是指：以电极棒为正极、工件为负极，在电极棒与工件表面之间高频率直流脉冲微弧放电，并发生电极棒材料自耗转移到工件表面接触区域的冶金过程；材料转移沉积过程的环境为惰性气体或真空或绝缘油；脉冲微弧放电频率为-3 -5
70Hz～5000Hz，脉宽10 ～10 S，微弧源输出功率为50W～5000W；电极棒为圆柱形或块状，电极棒运动方式为旋转或振动，电极棒操作为手持式机械。
2.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：微弧沉积涂层过程为两次，第一次为采用微弧沉积涂层的方式进行补焊，第二次为采用微弧沉积涂层的方式制备表面防护层。
3.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：燃气轮机压气机叶片为钢质叶片或高温合金叶片或钛合金叶片，燃气轮机压气机叶片与外机匣磨擦叶尖部被减短后，采用微弧沉积涂层接长修复工艺方法，接长修复材料同叶片的本体材质或镍基合金或钴基合金，接长修复的高度为0.05mm～2.0mm，接长修复所形成叶尖硬度为HV250～HV550。
4.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：燃气轮机涡轮转子叶片的叶尖磨损，采用短微弧沉积涂层接长修复工艺方法，接长修复材料为MM′CrAlY合金，M与M′为Ni或Co；或者，接长修复材料为镍基合金基体+MM′CrAlY合金表面覆盖层；或者，接长修复材料为钴基合金基体+MM′CrAlY合金表面覆盖层；接长修复高度为0.05mm～5.0mm，显微硬度为HV450～HV600。
5.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：
燃气轮机压气机叶片的防蚀防气流冲刷涂层的局部剥落、点蚀或击坑，采用微弧沉积涂层修复的工艺方法，填补修复材料为不锈钢或镍基合金或钴基合金，显微硬度为HV 350～HV450。
6.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于：燃气轮机涡轮导向器叶片喷嘴的表面腐蚀坑、热裂纹或防护涂层剥落区，采用微弧沉积涂层修复工艺方法修复，修复材料为镍基合金、钴基合金或MM′CrAlY合金，M与M′为Ni或Co，显微硬度为HV350～HV500。
7.按照权利要求1所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，其特征在于，对叶片叶尖接长修复，叶片表面裂纹、腐蚀坑的修复或叶片表面防护涂层剥落区补涂修复，其修复过程为：
叶片洁净化处理→待修复区打磨除去损伤层→X光渗透与磁粉无损检测→原位显微跟踪打磨清除缺陷→修型清洁→微弧沉积涂层→真空热处理或机械力作用处理→整形加工→表面光整→机械力作用处理。

说明书全文

一种燃气轮机 叶片微弧沉积涂层修复工艺方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气轮机维修领域，具体为一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，尤其是重型燃气轮机的压气机叶片、涡轮转子叶片与导向器叶片/喷嘴件经服役使用过程所引起的几何构形与表面涂层的局部损伤区，采用微弧沉积涂层修复之一种工艺方法。

背景技术

[0002] 燃气轮机是可将燃油、燃气、沼气、煤焦化气等转化为机械驱动力的透平涡轮发动机，具备热-机转化效率较高、较清洁的能量转化装置，广泛地应用在航空、航天、飞行器、舰艇、机车、冶金、石油、化工等工业生产驱动装置上，尤其是在地面电力装置上燃气轮机-发电机发电系统以及燃气轮机-汽轮机-发电机联合循环发电系统则更是广泛采用。随着节能与环保的不断提高的需求，如重油和高炉煤气、煤焦炉转化气、裂解炉烟气、炼铁炉尾气、垃圾焚烧烟气等等杂质含量高的、组分复杂的油与气，目前也是通过燃气轮机转化为机械能以及电能而得以利用。为了有效地减少排放，提高能效，大功率的重型燃气轮机目前在我国发展与应用日益广泛。

[0003] 叶片包括压气机转子叶片、涡轮转子叶片与导向器子叶片/喷嘴是燃气轮机重要的关键部件。压气机转子叶片与外机匣联合将环境中气体压入并达到一定的高压进入燃烧室，而涡轮导向器叶片将由燃烧室出来的高压气体整流导入给涡轮转子叶片，转子叶片带动转子运动作功。在此过程中，转子叶片与外机匣相对密封式运动。由于转子振动、叶片热膨胀、离心力作用伸长、启动与停机热循环等过程会导致叶片叶尖的磨损与疲劳损伤，特别是涡轮转子叶片还会受到高温作用所引起的蠕变、冷热循环疲劳，高温氧化和含有S、Cl、C、Ca、P等杂质的燃气沉积物的熔盐热腐蚀；此外在过载/过热情况下，导向器叶片/喷嘴还会受到高温燃气的热冲击及烧蚀。随着燃气轮机输出功率的增大，叶片的这种磨损、腐蚀及烧蚀损伤失效愈严重。目前，我国在运行的重载燃气轮机多是进口的，且均相继进入大修期以至多次大修状态，叶片包括喷嘴的修复国产化尤为重要。这是因为叶片/喷嘴件昂贵，国外进口与修复更是费用高。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，解决现有技术中存在的修复工艺复杂、易变形、成本高，不能及时可靠修复等问题。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，对燃气轮机叶片进行微弧沉积涂层修复，微弧沉积涂层过程是指：以电极棒为正极、工件为负极，在电极棒与工件表面之间高频率直流脉冲微弧放电，并发生电极棒材料自耗转移到工件表面接触区域的冶金过程，材料转移沉积过程的环境为惰性气体或真空或绝缘油；脉冲微弧放电频率为70Hz～-3 -55000Hz，脉宽10 ～10 S，微弧源输出功率为50W～5000W；电极棒为圆柱形或块状，电极棒运动方式为旋转或振动，电极棒操作为手持式机械。

[0007] 本发明中，微弧沉积涂层过程可以为两次，第一次为采用微弧沉积涂层的方式进行补焊，第二次为采用微弧沉积涂层的方式制备表面防护层。

[0008] 所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，燃气轮机压气机叶片为钢质叶片或高温合金叶片或钛合金叶片，燃气轮机压气机叶片与外机匣磨擦叶尖部被减短后，采用微弧沉积涂层接长修复工艺方法，接长修复材料同叶片的本体材质或镍基合金或钴基合金，接长修复的高度为0.05mm～2.0mm，接长修复所形成叶尖硬度为HV250～HV550。

[0009] 所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，燃气轮机涡轮转子叶片的叶尖磨损，采用短微弧沉积涂层接长修复工艺方法，接长修复材料为MM′CrAlY合金，M为Ni或Co；或者，接长修复材料为镍基合金或钴基合金；接长修复高度为0.05mm～5.0mm，显微硬度为HV450～HV600。

[0010] 所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，燃气轮机压气机叶片的防蚀防气流冲刷涂层的局部剥落、点蚀或击坑，采用微弧沉积涂层修复的工艺方法，填补修复材料为不锈钢或镍基合金或钴基合金，显微硬度为HV350～HV450。

[0011] 所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，燃气轮机涡轮导向器叶片喷嘴的表面腐蚀坑、热裂纹或防护涂层剥落区，采用微弧沉积涂层修复工艺方法，修复材料为镍基合金、钴基合金或MM′CrAlY合金，M与M′为Ni或Co，显微硬度为HV350～HV500。

[0012] 所述的燃气轮机叶片微弧沉积涂层修复工艺方法，对叶片叶尖接长修复，叶片表面裂纹、腐蚀坑的修复或叶片表面防护涂层剥落区补涂修复，其修复过程的工艺特征为：

[0013] 叶片洁净化处理→待修复区打磨除去损伤层→X光渗透与磁粉无损检测→原位显微跟踪打磨清除缺陷→修型清洁→微弧沉积涂层→真空热处理或机械力作用处理→整形加工→表面光整→机械力作用处理。

[0014] 本发明中，按重量百分比计，镍基合金的成分可以如下：

[0015]Ni Cr W Mo Ti Al Y
余 18～22 6～10 6～10 1～5 0.1～1.5 0～0.8

[0016] 本发明中，按重量百分比计，Co基合金的成分可以如下：

[0017]Co Cr Ni W Mn Mo Si B O2
余 10～30 5～15 5～10 ＜0.50 5～15 0.1～1.2 ≤0.01 ≤0.03[0018] 本发明中，按重量百分比计，MM′CrAlY合金的成分可以如下：

[0019]M M′ Cr Al Y C W或Mo Ta Si
余 0～30 12～30 3～12 0.1～1.0 0.02～0.45 0～8 0～8 0～5[0020] M为Ni时，则M′为Co，否则相反。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] 燃气轮机叶片/喷嘴修复尤其是重载燃气轮机叶片/喷嘴之修复，通常应包括如下三方面内容：显微组织的恢复、几何形状的恢复和表面涂层的恢复。显然，对于大多数非过热情况下的磨损、腐蚀、氧化与疲劳损伤失效的压气机叶片与涡轮叶片及喷嘴的修复主要是几何构形与表面涂层的恢复。采用本发明燃气轮机叶片微弧沉积涂层工艺方法，可以实现服役损伤失效的重载燃气轮机叶片/喷嘴之几何构形与表面涂层的修复以及重建并且具备如下特点：

[0023] (1)叶片件不变形。

[0024] (2)叶片件基体，尤其是由难焊的高强度高温合金制造的涡轮叶片/喷嘴基体，不产生明显的热影响区与热敏感裂纹。

[0025] (3)涂层与叶片基体为牢固、均匀的冶金结合，制备的热障涂层抗剥落。

[0026] (4)涂层硬度高且质量好。

[0027] (5)工艺方法简单，易操作。

具体实施方式

[0028] 实施例1

[0029] 某油田燃气输送装置采用MS5001PG型燃气轮机作为驱动力。2006年初大修故检过程中发现该燃气轮机一级涡轮转子叶片(为空心结构)有的叶尖发生破裂，有的叶身产生大小不等的凹坑。大多叶片表面涂层发生局部剥落。叶片的材质为GTD111镍基超合金，因含有＞8wt％(Al+Ti)量。熔焊时裂纹，不可焊材料，难以采用激光熔敷焊和氩弧焊等修复。据分析该级叶片的损伤是受到外来转子的打击所引起。经在GTD 111镍基超合金块上进行微弧沉积涂层IMR-N800镍基高温合金的试验表明，基材与沉积层及其结合界面上均无裂纹，可焊修。

[0030] 叶片叶尖上裂纹的修复工艺为：

[0031] 叶片超声碱洗→X光射线探伤→萤光+渗透+着色探伤→打磨除去裂纹→修整打磨豁口→IMR-N800镍基高温合金微弧沉积涂层焊补豁口→冲击处理→焊补区表面整形加工→X光射线探伤+渗透探伤→表面微弧沉积MM′CrAlY涂层。

[0032] 本实施例中，IMR-N800镍基高温合金的成分如下(wt％)：

[0033]Ni Cr W Mo Ti Al Y
余 20 8 8 3 0.5 0.5

[0034] IMR-N800镍基高温合金微弧沉积涂层焊补豁口的加工参数为：

[0035] 直径为 IMR-N800镍基高温合金电极棒长60～100mm、功率3000W、-5脉冲频率2000Hz、脉宽10 S、Ar气保护下，手持式操作。

[0036] 本实施例中，MM′CrAlY合金的成分如下(wt％)：

[0037]Ni Cr Al Y Co C
余 22 10 1.0 0.1 0.03

[0038] 表面微弧沉积MM′CrAlY涂层的加工参数为：

[0039] Ni CrAlY合金电极棒直径为长度为60～100mm，功率为2500W，脉冲频率700～1000Hz，脉宽为10-4S，Ar气保护，手持式操作。

[0040] 五片有叶尖裂纹故障的叶片经上述方法修复后，装机使用到目前一直运行正常，裂纹补焊区完好。

[0041] 实施例2

[0042] 某煤焦化厂采用涡轴型燃气轮机对煤一焦转化炉所产生的尾气进行发电利用，有效地解决了该尾气放空的大气污染严重问题，同时也为厂获得较高的净收益。但由于煤-焦转化的尾气中含有很高的S、Cl、C等杂质(依煤质不同而不同)，使燃气轮机的一级转子叶片(空心结构、K403镍基高温合金)与一级导向叶片(空心结构、K403镍基高温合金)产生严重的热腐蚀，以至在不到4000小时服役期中就会发生动叶片掉冠，静叶片穿洞等，而一级叶片的掉冠与掉块以很高速度撞击后面的二级与三级叶片并使其破坏，由此停机停产。采用微弧沉积涂层工艺对发生腐蚀但尚未掉冠、掉块的一级动叶与静叶进行了修复，至今已获得了安全运行8000小时以上寿命，修复的五台发动机目前均运行良好。

[0043] 微弧沉积涂层修复工艺流程如下：

[0044] 叶片喷砂→碱洗→X光射线探伤+渗透探伤→机械清除腐蚀损伤层→修整→洁净处理→ →微型机械修整→X光渗透→IMR-N801合金微弧沉积涂层→热处理；

[0045] 本实施例中，镍基合金(IMR-N800)的成分如下(wt％)：

[0046]Ni Cr W Mo Ti Al Y
余 20 8 8 3 0.5 0.5

[0047] 镍基合金微弧涂层(对一级动叶)的加工参数为：

[0048] 直径为 IMR-N800镍基合金电极棒长60～100mm、功率3000W、脉冲频-5率2000Hz、脉宽10 S、Ar气保护下，手持式操作。

[0049] 本实施例中，钴基合金的成分如下(wt％)：

[0050]Co Cr Ni W Mn Mo Si B O2
余 15 10 5 0.30 5 0.2 0.004 0.02

[0051] 钴基合金微弧沉积涂层(对一级导叶)的加工参数为：

[0052] 直径为钴基合金电极棒长60～100mm、功率3000W、脉冲频率

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