[发明专利]一种基于粉末冶金工艺修复燃气燃气轮机叶片的修复工艺

说明书

本发明属于燃气轮机叶片修复的研究领域，特别提供了一种基于粉末冶金工艺修复燃气轮机叶片的修复工艺，该工艺将多主元合金的金属粉末作为骨架保持固态，再将含Hf低熔点的金属粉末熔化后流动并填充骨架空隙，使液相溶解的骨架和燃气轮机叶片的基材表层熔化完成连接，再通过热处理使组织逐渐均匀化，最终完成对燃气轮机叶片的修复。本发明的有益效果是，该修复工艺修复后的镍基高温合金的修复层与基体结合牢固，其中微观组织有害相含量较少，对力学性能影响较少，为Inconel738LC高温镍基制燃气轮机涡轮叶片和燃气轮机叶片提供了新的思路，具有工艺适用性广、灵活性强，可以根据叶片缺陷或破损处的尺寸和形状任意调节优化等优点。

技术领域

本发明属于燃气轮机叶片修复的研究领域，特别提供了一种基于粉末冶金工艺修复燃气燃气轮机叶片的修复工艺。

背景技术

Inconel738LC高温合金具有优异的室温及高温力学性能，良好的组织稳定性、抗腐蚀性和抗氧化性，因此被广泛应用于制备燃气轮机的长寿涡轮工作叶片和导向叶片。在服役过程中，Inconel738LC高温叶片在长期受磨损、冲击及冷热疲劳等作用，易产生腐蚀、裂纹、变形和凹坑缺陷，容易成为重大事故的隐患。燃气轮机叶片制造工序复杂繁重，且制备叶片原材料价格昂贵，使重新制造燃气轮机叶片的成本高昂。因此，若能够采用修复技术对缺陷和损伤部位进行修复，从而恢复其性能，延长其使用寿命，具有巨大的经济效益。

重型燃气轮机高温叶片的修复工艺常规的修复工艺为熔焊、钎焊、扩散焊以及瞬时液相连接修复工艺。熔焊是一种通过将焊丝和工件的待修复区共同加热至熔化态，后依靠熔化来进行材料连接的工艺。此类工艺热源温度高，且热量集中，操作较为简单，但由于Inconel738LC高温合金含有较高含量的Al、Ti元素，而较高的Al、Ti会导致修复时γ＇相沉淀析出加快，一方面形成沉淀强化，另一方面则会增大微裂纹产生的可能性。钎焊是通过采用熔点比母材低的钎料，将钎料与母材共同加热至高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用钎料金属的熔化和流动填充接头缝隙，与母材相互扩散从而实现连接的焊接工艺，但由于钎料与基材在成分上有很大不同，且在冷却过程中形成脆性的共晶相，从而导致接头强度、抗热腐蚀性及抗氧化性降低。扩散焊是一种利用固相扩散来进行连接修复的技术，原理是通过利用相互接触的材料表面的两种固相原子，在高温高压的作用下进行相互扩散，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接，但扩散焊成本较高，所需时间较长，可修复缺陷尺寸有限。而瞬时液相连接法(Transient liquid phase bonding, TLP)使用中间层在保温过程中熔化并润湿填充叶片需修复处表面。在与母材接触的过程中，中层层液相将部分母材熔化完成连接，最后通过等温凝固使液相消失，修复区域组织逐渐均匀化而完成修复过程。瞬时液相连接技术综合了高温钎焊的工艺简便和固态扩散连接的高强度优点，可同时连接多个工件、多个焊缝，效率高且成本低。

然而，瞬态液相连接修复的过程中，为保证在较低的温度中间层可以完全液化，必须添加较多的降熔元素，即中间层和母材在元素组成和微观组织下存在较大的差异。如在中间层材料中增加铪元素可以有效的降低其熔点，且合金中添加适量铪元素可以有效提升其力学性能。但为了满足降熔要求，中间层材料中必须加入较多的铪元素，而过多的铪元素引入对修复区域组织有不利的影响。尽管通过扩散可以使中间层和附近的母材元素均匀化，但是仍然不可避免会诱发γ+γ′相的共晶组织和Ni₇Hf₂金属间化合物相在修复区和修复界面处生成，导致修复后的叶片性能下降。与此同时，铪的价格昂贵，过多的使用将会极大的提高修复成本。

发明内容

本发明公开了一种基于粉末冶金工艺修复燃气轮机叶片的修复工艺，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为达到上述目的本发明采用的技术方案是：一种基于粉末冶金工艺修复燃气轮机叶片的修复工艺，该工艺将多主元合金的金属粉末作为骨架保持固态，再将含Hf低熔点的金属粉末熔化后流动并填充骨架空隙，使液相溶解的骨架和基材的表层熔化完成连接，再通过热处理使组织逐渐均匀化，最终完成对燃气轮机叶片的修复。