專利名稱：：一種高壓渦輪葉片化學除積碳方法
技術領域：
：本發明涉及金屬材料表面處理
技術領域：
，特別提供了一種應用于高溫環境工作的發動機零部件(例如高壓渦輪葉片)積碳層化學除積炭方法。
背景技術：
：發動機高壓渦輪葉片的工作溫度是在100(TC左右，在此高溫和氧化作用下，燃油中的雜質以及燃燒不充分產生的油煙微粒沉積在基體表面并隨著溫度的提高和工作時間的延長，進一步縮聚成瀝青質、油焦質和碳氫質的膠質混合物，即所謂的積碳。積碳大部分是由不溶或難溶的組分構成，質地堅硬，附著牢固，很難清除。尤其是高壓渦輪葉片內腔的積碳，由于內腔的結構特殊，空間狹窄，一般的機械方法都沒有效果，清除的難度就更大。通常清除積碳方法主要是靠溶劑分子的滲透、潤濕、溶解作用，使積碳被疏松，降低積碳與基體之間的附著力，并通過適當的外力作用，使其與基體分離，達到去除的目的。葉片內腔異物呈深褐色顆粒狀，質地比較硬，從表1我們可以看到內腔異物中氧的含量最高，非金屬元素主要是氧和硅，而金屑元素以鋁的比例最大，同時含有鈣、鎂、鉀、鐵、鎳、鈦、鉻等多種金屬元素，因此實際上我們所說的積碳是多種金屬氧化物組成的混合物。這種混合的金屬氧化物經過長期的高溫工作狀態逐漸成為近乎陶瓷類產物并與燃燒室燃油中的雜質以及燃燒不充分產生的油煙微粒、粉塵等混合沉積在基體表面，并隨著溫度的提高和工作時間的延長逐步轉化成較硬的硬垢，質地十分堅硬，似陶瓷體，但脆性較大，而且與基體之間有一定的結合力。表1葉片內腔異物的化學成分分析元素質量百分比含量037.45Na00.98Mg01.40Al20.80Si20.18K01.77Ca03.053<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>由于積碳是由多種混合物堆積在一起的致密的附著力很強固體污垢，采用普通有機溶劑和無機溶劑均難以清除。通常清除積碳方法主要是靠溶劑分子的滲透、潤濕、溶解作用，使積碳被疏松，降低積碳與基體之間的附著力，并通過適當的外力作用，使其與基體分離，達到去除的目的。現有的清洗劑781是一種以表面活性劑為主，對較嚴重的油污、積碳等作用較差。它主要是通過對表面油污、積碳的滲透、潤濕作用，達到去除葉片表面的油污和積碳的目的，隨著發動機使用痞命的延長，積碳(含污垢)越來越嚴重。因此這類以表面活性劑為主的清洗劑結合超聲波的作用對于一般的油污有一定的清洗效果。對發動機高壓渦輪葉片長期高溫和氧化作用下產生積碳效果不好。781水基清洗劑是一種表面活性劑，對油污、積碳等沒有溶解作用，它主要是通過對表面油污、積碳的滲透、潤濕作用，達到去除葉片表面的油污和積碳的目的。因此類以表面活性劑為主的清洗劑結合超聲波的作用只能對高壓渦輪葉片表面的油污垢產生一些效果，但對于高壓渦輪葉片內腔有一定附著力的油污垢它幾乎沒有任何作用。為此，為了提高化學水基清洗劑的清洗作用，人們期望獲得一種性能更好的用于高壓渦輪葉片化學除積碳的溶液以及使用這種效果更好的溶液進行高壓渦輪葉片化學除積碳的具體操作方法。
發明內容本發明的目的在于提供一種技術效果更好的高壓渦輪葉片化學除積碳方法。本發明提供一種高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其借助于超聲波的外力作用配合使用試劑進行操作；其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑具體是由有機試劑、表面活性劑、無機助溶劑和絡合劑構成的混合溶液。本發明具體提供了一種以有機溶劑加表面活性劑組成的弱堿性混合溶液，它也屬于水基清洗液，除了具有表面活性劑的滲透、潤濕功能之外，其內含有的有機溶劑對油污垢還具有一定的溶解作用，使積碳被疏松，降低積碳與基體之間的附著力，并通過超聲波的外力作用，使積碳與基體分離，達到去除積碳的目的。另外，本發明所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體還有如下要求首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為240h，進一步優選時間是520h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為550min，進一步優選的時間范圍是1030min;超聲波作用頻率范圍是2040KHz(優選范圍是2535KHz);在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度范圍是159(TC，進一步優選的試劑的工作溫度范圍是5070°C。本發明所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉l-25g/1;三聚磷酸鈉2-30g/l;二氯甲烷5-50m1/1;十二烷基硫酸鈉l-10g/1;EDTA-Na2:2_20g/l;781水基清洗劑5_50g/l。其中，EDTA-Na2具體為乙二胺四乙酸二鈉鹽；781為市售的沈陽市楊官硅溶膠廠出產的水基清洗劑，其成分要求如下烷基醇酰胺、三乙醇胺、OP(聚乙烯醇辛基苯基醚)乳化劑，其中的OP乳化劑含量最多，三乙醇胺次之。所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍優選要求如下氫氧化鈉5-20g/l;三聚磷酸鈉10-20g/l;二氯甲烷10_40ml/l;十二烷基硫酸鈉l-4g/l;EDTA-Na25-10g/l;781水基清洗劑5_15g/l。所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍進一步優選要求如下氫氧化鈉10g/1;三聚磷酸鈉15g/l;二氯甲烷25m1/1;十二烷基硫酸鈉2.5g/l;EDTA-Na210g/1;781水基清洗劑10g/l。在此種要求下的實際效果最佳。本發明所使用的用于高壓渦輪葉片化學除積碳的特制溶液實際上也屬于一種水基清洗液(代號QX-1)是以有機溶劑、無機助溶劑等組成的混合溶液，1^=11-13。在該溶液中還有堿性除油齊U、表面活性劑以及其他添加劑，通過主溶劑分子的滲透、潤濕、膨脹和溶解作用，使積碳中的高聚物溶脹或溶解，溶脹作用使固體污垢產生內應力，破壞了積碳與基體間的結合力，從而最終使積碳被除掉。二氯甲烷是常用的有機溶劑，與油類可產生溶解反應，對清除重油垢、焦油垢與焦碳垢具有一定作用。十二烷基硫酸鈉、781為表面活性劑，具有減少表面張力，潤濕滲透，乳化分散與增溶等獨特作用，降低了界面張力，減小了積碳與金屬基體間的結合力。并通過表面活性劑的滲透、潤濕功能，降低了界面張力，減小了污染物與金屬基體間的結合力，正是這些組成的共同作用使積碳層得到去除。同時通過超聲波的空化效應及反復沖擊作用，破壞了污垢層在零件表面的結合力，使他們之間不斷松化，并逐步形成了間隙，從而使污垢層被一層層剝開，直到完全脫落，達到去除積碳的目的。在本發明所述的混合溶液中，氫氧化鈉、三聚磷酸鈉為無機助溶劑，除具有一定的除油作用外，還具有一定的滲透能力和溶解能力，尤其是三聚磷酸鈉還具有一定的絡和作用，它通過絡和作用與污垢層產生吸附，起到滲透、分散、乳化作用；而EDTA-N^的加入可與金屬產生絡合作用，促使積碳中的金屬氧化物產生溶解，正是由于堿性溶液、表面活性劑以及有機溶劑協同作用，促使積碳的乳化與增溶，加速了對混合油垢的清洗，從而使積碳層得到去除。關于應用上述的特制的混合溶液對高壓渦輪葉片進行除積碳操作過程中的具體工藝參數的選擇，我們說明如下根據高壓渦輪葉片內腔結構特點及長期高溫狀態下的工作特點，清除內腔積碳不僅需要選擇有效溶液，清洗工藝也非常重要。而且僅通過化學浸泡很難除掉內臟縫隙內的積碳，為此我們在化學浸泡處理后增加了超聲波清洗，通過超聲波清洗的空化效應，在液體中產生的巨大的沖擊波使基體表面的積碳層被剝離下來，分散、乳化、脫落。超聲波清洗最適合于結構復雜、縫隙狹小的零件，對清除葉片內腔的積碳是比較適用的方法。(1)試驗中試片分別采用自制的燒結試片、廢葉片以及人修葉片。(2)采用自制試片除積碳效果對比試驗分別以等各種溶液進行除積碳清洗，清洗方式采用化學浸泡和超聲波物理清洗方法，并通過試片清洗前后的重量差衡量除積碳效果。表2分別是采用本發明所述特制混合溶液(在本申請文件中我們將其稱為QX-1)、現有技術中的781化學清洗劑的對比試驗數據。表2QX-1、781溶液對比試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表2中稱重采用分析天平。(3)表2的試驗結果表明①在同樣的浸泡溫度下、同樣的浸泡時間以及在同樣的超聲波清洗條件下QX-1溶液的除積碳效果均好于781。②提高清洗溶液溫度除積碳效果有所改善。(4)采用葉片進行對比試驗。這些葉片已經按現行工藝方法進行多次浸泡和超聲波清洗，但經x光檢測葉片內腔積碳含量仍然超標，不能正常交付使用。因此這些葉片內腔的積碳屬于比較頑固的積碳，對此，課題組采用QX-l溶液進行化學浸泡和超聲波清洗，取得了明顯效果，具體試驗結果見表3。表3葉片清洗試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>超聲波清洗是在化學浸泡后物理清洗過程。超聲波在液體中傳播時會使液體內的質點在其平衡位置附近發生振動，從而產生瞬時的壓縮和膨脹，造成液體內形成暫時負壓區，隨著超聲波的進一步的輻射振動，在液體中產生的巨大的沖擊波使基體表面的積碳層被剝離下來，分散、乳化、脫落。同時由于這種作用對表面的反復沖擊，破壞了污垢層在零件表面的結合力，使他們之間不斷松化，并逐步形成了間隙，這使液體中的氣泡可以逐漸滲透到零件內表面，從而使污垢層被一層層剝開，直到完全脫落。因此對于帶有小縫隙、深孔等結構復雜的零件，采用超聲波清洗非常有效。因為經過一定時間的浸泡后零件表面的積碳已經產生了一定的溶解、松化作用，再經過超聲波的空化效應產生的振動，使零件內腔的積碳得到清除。超聲波清洗的時間不宜過長，以避免空化效應的不良影響，一般應控制在10-30min范圍內。提高溶液溫度，可以進一步增強除積碳溶液的潤濕、滲透、溶解作用，提高清洗速度。但如果采用較高的溫度，容易損耗溶液中的有效成分。最佳清洗溫度應控制在50-7(TC。化學浸泡時間及超聲波清洗時間要考慮大修機的運行時間。由于葉片表面的積碳是經過長時間運行后形成的，與基體表面具有很強的結合力，因此短時間的浸泡很難清除，而且采用課題組配制的清洗液不會對零件產生不良影響，因此本工藝采用了較長的浸泡時間，目的使滲透、潤濕、膨脹和溶解作用更加充分。具體浸泡時間可控制在5-20h范圍內，如果內腔還有積碳，可繼續浸泡處理。綜上所訴，本發明所述可基本除掉高壓渦輪葉片內腔的積碳。經理化檢測，該溶液對零件表面涂層不產生任何不良影響。用于發動機葉片生產將明顯提高產品合格率。采用失重法考核為考核本發明QX-l的清洗效果，我們進行了一組對比試驗，分別采用現場的781水基清洗液(XI)、781專用清洗液以及本發明要求保護的特制的清洗液(QX-1)，通過浸泡、超聲波清洗等方式，考核試片清洗前后的失重情況，并以清洗前后試片的失重情況衡量除積碳效果，在浸泡溶液溫度(25-60)t:、浸泡時間6h、超聲波清洗時間25min的情況下試驗件清洗前后每平方分米質量差(g/dm2)，如表4所示表4QX-1、781超聲波清洗對比試驗<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上述的表4試驗結果表明在同樣的浸泡溫度下、同樣的浸泡時間以及在同樣的超聲波清洗條件下，采用QX-1清洗溶液試片的失重值最大，這表明QX-1清洗液的除積碳效果最好。采用運行周期600小時以上的發動機葉片考核除積碳效果為了考核課題組研制的水基清洗劑對實際零件的清洗效果，我們首先從運行600h的葉片中選取了4個已經過現行工藝清洗后X光檢測內腔不合格的零件進行試驗，其中兩件采用781化學清洗劑，另外兩件采用本發明要求保護的化學清洗溶劑，并通過X光檢測試驗效果，試驗工藝條件如下化學浸泡時間20h;浸泡溫度2(TC_80°C;超聲波清洗時間20min。我們首先對清洗前后的葉片失重量進行檢測，后又對四個葉片進行了X光檢測，結果見表5。從表5中的上述試驗結果不難看出QX-1的除積碳效果很好，合格率很高，明顯好于現行的除積碳工藝和781化學清洗劑，說明本發明所要求保護的水基清洗劑以及使用該清洗劑進行高壓渦輪葉片化學除積炭的操作對清除內臟積碳的效果已經有了明顯的改進。表5葉片失重量及X光測試結果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實施例方式實施例1—種高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其借助于超聲波的外力作用配合使用試劑進行操作；所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑具體是由有機試劑、表面活性劑、無機助溶劑和絡合劑構成的混合溶液。所述溶液是以有機溶劑加表面活性劑組成的弱堿性混合溶液，它也屬于水基清洗液，除了具有表面活性劑的滲透、潤濕功能之外，其內含有的有機溶劑對油污垢還具有一定的溶解作用，使積碳被疏松，降低積碳與基體之間的附著力，并通過超聲波的外力作用，使積碳與基體分離，達到去除積碳的目的。所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉10g/1;三聚磷酸鈉15g/l;二氯甲烷25ml/l;十二烷基硫酸鈉2.5g/l;EDTA-Na210g/1;781水基清洗劑10g/l。在此種要求下的實際效果最佳。另外，所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體還有如下要求首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為10h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為20min，超聲波作用頻率30KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度范圍是60°C。實施例2本實施例與實施例1內容基本相同，其不同之處主要在于1)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍優選要求如下氫氧化鈉5g/l;三聚磷酸鈉10g/l;二氯甲烷40m1/1;十二烷基硫酸鈉4g/l;EDTA_Na2:10g/1;781水基清洗劑15g/l。2)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求如下首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為5h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為30min，進一步優選的時間范圍是30min;超聲波作用頻率是20KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度是7(TC。實施例3本實施例與實施例1內容基本相同，其不同之處主要在于1)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉20g/1;三聚磷酸鈉20g/l;二氯甲烷10ml/l;十二烷基硫酸鈉lg/1;EDTA_Na2:5g/l;781水基清洗劑5g/l。2)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求如下首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為20h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為10min;超聲波作用頻率是40KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度是5(TC。實施例4本實施例與實施例1內容基本相同，其不同之處主要在于1)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉25g/1;三聚磷酸鈉30g/1;二氯甲烷5ml/1;十二烷基硫酸鈉0.5g/l;EDTA-Na:2g/l;781水基清洗劑3g/l。2)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求如下首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為2h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為5min;超聲波作用頻率是32KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度是15°C。實施例5本實施例與實施例1內容基本相同，其不同之處主要在于1)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉:lg/1;三聚磷酸鈉2g/l;二氯甲烷50m1/1;十二烷基硫酸鈉10g/l;EDTA-Na:15g/l;781水基清洗劑20g/l。2)所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求如下首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為40h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為50min;超聲波作用頻率是27KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度是90°C。權利要求一種高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其借助于超聲波的外力作用配合使用試劑進行操作；其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑具體是由有機試劑、表面活性劑、無機助溶劑和絡合劑構成的混合溶液；所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求是首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為2～40h；然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為5～50min，超聲波作用頻率范圍是20～40KHz；在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度范圍是15～90℃。2.按照權利要求1所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉l-25g/1;三聚磷酸鈉2-30g/l;二氯甲烷5-50m1/1;十二烷基硫酸鈉l-10g/l;EDTA-Na:2_20g/l;781水基清洗劑5_50g/l。3.按照權利要求2所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉:5-20g/l;三聚磷酸鈉10-20g/l;二氯甲烷10_40ml/l;十二烷基硫酸鈉l-4g/l;EDTA-Na2:5_10g/l;781水基清洗劑5_15g/l。4.按照權利要求3所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑的基本組成及范圍如下氫氧化鈉:10g/1;三聚磷酸鈉15g/l;二氯甲烷25m1/1;十二烷基硫酸鈉2.5g/l;EDTA-Na210g/l;781水基清洗劑10g/l。5.按照權利要求14其中之一所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法具體要求是首先使用試劑進行化學浸泡，浸泡的時間要求為520h;然后繼續使用試劑進行超聲波清洗，超聲波作用時間為1030min，超聲波作用2535KHz;在化學浸泡和超聲波清洗過程中，試劑的工作溫度范圍是5070°C。全文摘要一種高壓渦輪葉片化學除積碳方法，其借助于超聲波的外力作用配合使用試劑進行操作；其特征在于所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法中所使用的試劑具體是由有機試劑、表面活性劑、無機助溶劑和絡合劑構成的混合溶液。本發明所述高壓渦輪葉片化學除積碳方法的清洗效率高，易于操作；對比以781為代表的傳統清除用溶液取得了更為明顯的效果，尤其對于特殊頑固的積碳其清除效果更好；其用于發動機葉片生產將明顯提高產品合格率。本發明所要求保護的水基清洗劑以及使用該清洗劑進行高壓渦輪葉片化學除積炭的操作對清除內臟積碳的效果已經有了明顯的改進。文檔編號B08B3/12GK101768749SQ20081024691公開日2010年7月7日申請日期2008年12月30日優先權日2008年12月30日發明者冮冶,劉志強,劉莉,史鳳嶺,康軍衛,張德權,李晗曄,滕志強,竇立軍申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司