專利名稱：去除熱障涂層中陶瓷層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除涂覆層的方法，更特別地說，是指一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法。
背景技術(shù)：
熱障涂層技術(shù)利用低導熱的陶瓷涂層使工件表面溫度得以降低，從而使高溫合金在某些不能承受的高溫環(huán)境下使用成為可能，并且具有提高抗氧化腐蝕、耐磨損、延長使用壽命等特點。熱障涂層技術(shù)在先進航空發(fā)動機、船舶燃氣渦輪發(fā)動機以及發(fā)電機葉片上具有廣闊的應(yīng)用前景。
但是，由于熱障涂層是采用低導熱性的陶瓷材料以涂層的方式與基體金屬相復合，因此，陶瓷層與基體之間熱不匹配所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、葉片熱障涂層服役過程中在金屬粘結(jié)層與陶瓷層之間所形成的熱氧化生長層所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力等內(nèi)應(yīng)力的協(xié)同作用下，熱障涂層的剝落失效是在所難免的。并且，隨著燃氣渦輪發(fā)動機向高進口溫度發(fā)展，熱障涂層的使用環(huán)境更為惡劣，將大大增加涂層失效的概率。
一般而言，熱障涂層的壽命往往低于高溫合金基體的壽命。而基體無論材料本身還是加工成本，都是非常昂貴的。熱障涂層剝落失效后，由于高溫合金基體仍可以繼續(xù)使用，必須對失效的陶瓷層予以去除，重新涂覆。
目前去除高溫合金基體上熱障涂層的方法有噴砂、鹵氣反應(yīng)、高壓釜、高壓水沖刷等。吹砂打磨去除陶瓷涂層工藝快速、成本低，但不易控制、且易于對基體造成損傷；高溫鹵氣(特指HF)去除陶瓷涂層所需設(shè)備昂貴、對內(nèi)外部涂層及基體均造成損傷；高壓釜中高溫高壓下用堿性水溶液腐蝕去除陶瓷層基本上不對基體造成損傷，但所需設(shè)備昂貴、去除工藝過程所需時間長(1～6小時)；高壓水沖擊方法去除陶瓷涂層所需設(shè)備昂貴，并且可能對基體造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法。主要利用熱障涂層在服役過程中在金屬粘結(jié)層與陶瓷層之間所形成的熱氧化生長層主要為氧化鋁(α-Al2O3)，熱障涂層剝落失效時氧化鋁層的厚度一般為5～8μm，采用熔融氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液浸泡涂覆有熱障涂層的高溫合金試件，達到去除陶瓷層的目的，經(jīng)測試，此方法對高溫合金試件無損害，且去除速度快、成本低、對設(shè)備要求低。
本發(fā)明是一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法，包括如下步驟(A)按配比稱取氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)粉混合均勻置入鎳坩堝中；(B)加熱鹽浴爐至500℃～800℃；(C)將上述(A)中裝有氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料的鎳坩堝放入鹽浴爐中，加熱混合料至580℃～800℃；(D)將熱障涂層試件置入上述(C)處理的鎳坩堝中，控制反應(yīng)時間3～20min；(E)取出經(jīng)上述(D)處理后的熱障涂層試件并置入常溫冷水中沖洗3～5min；(F)將經(jīng)上述(E)處理后的熱障涂層試件進行表面濕吹砂處理，去除熱障涂層中的部分粘結(jié)層。
所述的去除熱障涂層中陶瓷層的方法，在(A)步驟中氫氧化鈉(NaOH)與氫氧化鉀(KOH)的配比是(0～3)∶(10～7)。
本發(fā)明的優(yōu)點(1)陶瓷層去除完全；(2)去除工藝快速高效；(3)本發(fā)明的去除方法對高溫合金基體無損害，對熱障涂層中粘結(jié)層傷害較??；(4)所需設(shè)備要求低。


圖1是經(jīng)過200小時熱循環(huán)處理后熱障涂層的表面形貌電鏡掃描圖。
圖2是在580℃，反應(yīng)15min，完全去除陶瓷層的表面形貌電鏡掃描圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明的構(gòu)思是熱障涂層在服役過程中在金屬粘結(jié)層與陶瓷層之間所形成的熱氧化生長層主要為氧化鋁(α-Al2O3)，熱障涂層剝落失效時氧化鋁層的厚度一般為5～8μm。由于熱氧化生長層氧化鋁(α-Al2O3)易于被堿性溶液腐蝕，故本發(fā)明采用將試件置入550℃～800℃熔融狀態(tài)氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液中浸泡3～20min腐蝕去除陶瓷層，該方法所需設(shè)備要求低、工藝簡單、去除速度快、并且對試件無損害。
本發(fā)明是一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法，包括如下步驟(A)按配比稱取氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)，混合均勻置入鎳坩堝中；(B)加熱鹽浴爐至500℃～800℃；(C)將上述裝有氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料的鎳坩堝放入鹽浴爐中，加熱氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料至580℃～800℃；(D)將熱障涂層試件置入上述(C)處理的鎳坩堝中，控制反應(yīng)時間3～20min；(E)取出經(jīng)上述(D)處理后的熱障涂層試件并置入常溫冷水中沖洗3～5min；(F)將經(jīng)上述(E)處理后的熱障涂層試件進行表面濕吹砂處理，去除熱障涂層中的部分粘結(jié)層。
在本發(fā)明中，去除陶瓷層的同時去除部分粘結(jié)層是為下一步涂覆陶瓷層，采用本發(fā)明去除方法去除陶瓷層，可以直接在粘結(jié)層上采用電子束物理氣相沉積陶瓷層，這樣即節(jié)約的工序，又降低了高溫合金的成本，使高溫合金試件再次被使用得以實現(xiàn)。
下面將通過多個實例來說明本發(fā)明，實例僅用于說明本發(fā)明的去除方法是有效的，可行的。
試驗用樣品為鎳基高溫合金上涂覆有熱障涂層的試樣，該試樣經(jīng)過200小時熱循環(huán)處理，其表面形貌如圖1所示。圖1(a)是試樣的正面電鏡掃描圖，圖中無剝落現(xiàn)象；圖1(b)是試樣的背面電鏡掃描圖，圖中黑點示出陶瓷層有不均勻剝落現(xiàn)象?；w為鎳基高溫合金，熱障涂層是采用電子束物理氣相沉積方法制備在基體，其粘結(jié)層成分為Ni-20Co-22Cr-8Al-0.5Y(Ni為平衡量)，沉積厚度40μm，陶瓷層成分為ZrO2-8wt.％Y2O3，沉積厚度150μm。
實驗設(shè)備鹽浴爐去除陶瓷層工藝過程(A)稱取70wt％的氫氧化鉀(KOH)和30wt％的氫氧化鈉(NaOH)粉末，混合均勻置入鎳坩堝中；(B)加熱鹽浴爐至600℃；由于鹽浴爐在加熱過程中，不同溫度條件下所需的NaCl和CaCl2用量是不同的，但在不同實驗相同溫度條件下用量是相同的，故在本發(fā)明中此處不作詳細說明。
(C)將上述(A)步驟中裝有氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料的鎳坩堝放入鹽浴爐中，使氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料在580℃加熱形成熔融狀態(tài)；在鹽浴爐中加熱氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液，通過熱電偶調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，使氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液保持在一個恒溫狀態(tài)。
(D)將制備的鎳基高溫合金試件置入上述(C)處理的鎳坩堝中，反應(yīng)15min；(E)取出經(jīng)上述(D)處理后的鎳基高溫合金試件并置入常溫冷水中沖洗3min；(F)將經(jīng)上述(E)處理后的鎳基高溫合金試件進行表面濕吹砂處理，去除熱障涂層中的部分粘結(jié)層，即去除陶瓷層的制備工藝完成。
去除陶瓷層的表面形貌如圖2所示，在氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液580℃，反應(yīng)15min，陶瓷層被完全去除掉。圖2(a)和圖2(b)是去除了陶瓷層的試樣正面和背面的電鏡掃描圖。
下面將通過表1對本發(fā)明在試樣相同，不同溫度、不同時間條件下作的實驗數(shù)據(jù)進行說明去除效果。
表1 不同溫度不同時間的去除效果

表中“×”表示不能去除，“○”表示部分去除，“◎”表示完全去除。
根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，控制不同的溫度及反應(yīng)時間去除效果是不同的。在較低的溫度條件下，去除不均勻的陶瓷層不容易進行。如在540℃，反應(yīng)時間到達了15min，仍未去除，而在700℃，陶瓷層去除只需要3min。
在本發(fā)明中，在采用相同方法去除陶瓷層的研究過程中，本發(fā)明人采用掃描電鏡對去除后試樣表面進行分析表明，在目前的電鏡分辨精度范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)鉀(K)與鈉(Na)離子的存在，即使是在近表面，鉀(K)與鈉(Na)離子也未進入到粘結(jié)層的晶界中，另外，由于鉀(K)與鈉(Na)離子與金屬是不反應(yīng)的，加之去除反應(yīng)時間較短，因此使用鉀(K)與鈉(Na)離子作為去除劑，對于基體及粘結(jié)層是安全的。
權(quán)利要求
1.一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法，其特征在于包括如下步驟(A)按配比稱取氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)粉混合均勻置入鎳坩堝中；(B)加熱鹽浴爐至500℃～800℃；(C)將上述(A)中裝有氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)混合料的鎳坩堝放入鹽浴爐中，加熱混合料至580℃～800℃；(D)將熱障涂層試件置入上述(C)處理的鎳坩堝中，控制反應(yīng)時間3～20min；(E)取出經(jīng)上述(D)處理后的熱障涂層試件并置入常溫冷水中沖洗3～5min；(F)將經(jīng)上述(E)處理后的熱障涂層試件進行表面濕吹砂處理，去除熱障涂層中的部分粘結(jié)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除熱障涂層中陶瓷層的方法，其特征在于上述(A)步驟中氫氧化鈉(NaOH)與氫氧化鉀(KOH)的配比是(0～3)∶(10～7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除熱障涂層中陶瓷層的方法，采用將熱障涂層試件置入580℃～800℃熔融狀態(tài)氫氧化鉀(KOH)+氫氧化鈉(NaOH)溶液中浸泡3～20min來去除陶瓷層。該方法去除陶瓷層完全，對熱障涂層試件無損害，對所需實驗設(shè)備要求較低，去除時間短等特點。
文檔編號C23G1/00GK1635180SQ200410103489
公開日2005年7月6日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者宮聲凱, 張春霞, 徐惠彬 申請人:北京航空航天大學