化學法去除葉片表面涂層附著物研究

孫 暢 李慶春 黃義輝 馬俊峰

（沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽110043）

1 概述

航空發動機的葉片造價都比較高，若能對葉片進行修理，延長其使用壽命，減少報廢率，將會帶來巨大的經濟效益。在對葉片的除涂層修理中，化學法與機械法相比具有更大的優勢，化學法不易產生變形，對于成熟的化學法除涂層工藝可批量加工，經濟效益高，且合格率可達100%。但是若是化學試劑選擇不當，可能會造成零件基體腐蝕，帶來安全隱患。本文將根據葉片基體材料及涂層組成，結合零件試車后表面的實際狀態，選擇合適的前處理及化學法去除涂層溶液，通過試驗確定合適的去除工藝路線及工藝參數，使其不能對基體材料有腐蝕，確能夠與涂層附著物反應從而達到去除目的。

2 試驗目標

2.1 100%去除葉片葉尖粘連的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層附著物

2.2 涂層去除后葉片基體無熒光顯示

2.3 涂層去除后葉片基體無過腐蝕現象

3 試驗內容

本文所修理的葉片零件基體材料為GH4169，涂層附著物為鎳鉻鋁- 鎳石墨（Ni-Cr-Al/Ni-Cg）涂層。硝酸可與涂層中的Ni、AL 等金屬反應，造成涂層剝離，實現除涂層目的。同時硝酸不會對該材料產生腐蝕，而是在其表面生成一層鈍化膜，安全可靠。因此本文將采用不同配比、溫度等參數進行選擇試驗，最終確定出去除鎳鉻鋁- 鎳石墨涂層附著物的工藝方法。本試驗中涂層去除效果檢驗手段首先采用宏觀目視檢查方法，目視檢查合格的零件繼續進行熒光檢查和金相檢查，進一步判斷零件涂層是否去除干凈以及零件基體是否產生腐蝕。

3.1 試驗材料及化學藥品

本文用到的試驗材料為帶有鎳鉻鋁- 鎳石墨（Ni-Cr-Al/Ni-Cg）涂層的故障試驗件及噴涂有鎳鉻鋁- 鎳石墨（Ni-Cr-Al/Ni-Cg）涂層的GH4169 試片。所用的化學藥品為硝酸、積碳清洗劑、碳酸鈉。

3.2 試片除涂層試驗

配置不同濃度的硝酸，分別對噴涂Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層的GH4169 的試片進行除涂層試驗，試驗結果為在室溫條件下，在濃度為400g/L 以下的硝酸溶液中，Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層幾乎不反應或者反應緩慢，當濃度為450g/L 時，反應變得較為明顯，50min 后涂層去除干凈。當濃度達到500g/L 時，除涂層反應較為劇烈，大約30min 后，涂層去除干凈。當濃度提高到600g/L 時，除涂層反應仍然劇烈，涂層去除時間約為30min。從試驗結果可以看出，當硝酸達到一定濃度后，繼續提升濃度，并未明顯提高涂層去除效率。可以得出去除試片上噴涂的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層工藝參數為：硝酸濃度：500g/L，溫度：室溫。

3.3 故障葉片試驗件除涂層試驗

根據試片除涂層試驗結果，對帶有涂層附著物的故障葉片試驗件進行去除試驗。然而葉片試驗件在500g/L 中的硝酸溶液中卻并不反應。將硝酸濃度提升至750g/L，去除效果仍不明顯。通過升高溶液溫度的方式再次進行去除試驗，葉片涂層仍無反應。

由于試片與葉片除涂層反應情況不一致，對二者差異情況進行了分析，正常噴涂的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層顏色為淺黃色，而葉片上粘連的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層附著物卻是黑色。根據葉片工作環境和附著物狀態推斷，葉片葉尖上粘附的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層在高溫高速運轉工作條件下，部分成份可能被燒結成積碳，涂層被包裹在積碳里面，無法與硝酸溶液接觸。因此在進行除涂層前先對葉片進行除積碳清洗。除積碳后再在500g/L 的硝酸溶液中進行涂層附著物去除試驗，通過觀察發現，涂層與溶液發生了較為明顯的反應。但在該參數下，涂層去除時間較長，大概需要3 小時。為提高除涂層效率，調整除涂層工藝參數，分別通過提高溶液濃度和溫度的方式進行工藝參數選擇試驗。最終認為硝酸含量500g/L，溶液溫度50℃為附著物去除最佳工藝參數。確定的工藝流程為：除積碳→熱水洗→冷水洗→硝酸除涂層→冷水刷洗→中和→冷水洗→吹干→驗收。除積碳選用積碳清洗劑，目的為清除涂層表面被燒結的成份，以便露出涂層本身；水洗的目的為去除殘留在零件表面的積碳和除積碳清洗劑殘夜；在硝酸除涂層過程中，可取出葉片采用軟毛刷或者脫脂棉等對涂層位置進行刷洗，去除已經松動的涂層產物，提高反應效率。涂層去除干凈后，在碳酸鈉中和槽液中清洗，去除零件上殘留的酸液。

4 試驗結果

涂層附著物去除前后的零件表面狀態如圖1 所示，從圖中可以看出涂層附著物去除前，整個葉身表面有一層氧化色，葉尖位置有黑色粘附物質，除涂層后的葉尖黑色附著物清除干凈，無目視可見的附著物殘留，葉身的氧化色消失，恢復了原本的金屬光澤，符合目視檢查驗收要求。

圖1 涂層附著物去除前后表面狀態對比a) 去除前；b) 去除后

將除涂層后目視檢查合格的葉片分別進行熒光檢測和金相檢測。熒光檢測結果為涂層附著物位置及葉片的其他表面均無任何的缺陷顯示，這表明去除涂層附著物的過程中未增加新的缺陷。金相檢測結果為零件表面涂層附著物全部去除干凈，無過腐蝕現象，金相圖片見圖2、圖3。兩種檢測結果都表明試驗確定工藝方法和工藝參數能夠滿足去除涂層附著物驗收要求，可以用于葉片粘連的Ni-Cr-Al/Ni-Cg 涂層附著物去除。

圖2 葉片涂層去除后金相照片a) 葉身基體；b) 涂層截面

5 應用前景

試驗中確定的化學法去除涂層附著物技術對零件基體尺寸沒有影響，不會對基體產生腐蝕或基體缺陷，成本費用低，操作簡單，工作效率高，對環境要求不苛刻，而且在去除葉片涂層附著物的同時，可去除葉片在工作中產生的氧化色，提高了零件表面的外觀質量。解決了發動機試車后葉片粘連涂層修理困難，換件率高難題，提升了零件修理的質量穩定性。目前已成功應用在某系列型號發動機轉子葉片附著物的去除生產中，去除效果良好，合格率100%。該技術可以推廣至所有類型零件的該類涂層附著物去除修理中，因此具有廣闊的應用前景。