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燃机电厂燃气轮机叶片修复技术研究与实践燃机电厂燃气轮机叶片修复技术研究与实践随着能源需求的不断增长，燃机电厂在电力生产中扮演着重要的角色。
而燃气轮机作为关键设备之一，其叶片的正常运行对于电厂的高效稳定运行至关重要。
然而，由于长期高温高压工作环境，叶片发生磨损、腐蚀、疲劳等问题是不可避免的。
因此，燃气轮机叶片修复技术的研究与实践具有重要的现实意义和发展前景。
一、燃气轮机叶片的磨损问题及其修复方案燃气轮机叶片由于长期高温高压工作环境的影响，容易出现磨损现象。
常见的磨损形式有表面磨损、边缘磨损和背面磨损等。
为了解决这些问题，研究人员提出了多种修复方案。
1. 表面喷涂修复技术表面喷涂修复技术是一种常见的叶片磨损修复方法，其主要通过在叶片表面喷涂陶瓷材料或高温合金材料来提高叶片的耐磨性和耐腐蚀性。
这种修复方法不仅能够修复叶片表面的磨损，还可以提高叶片的使用寿命和性能。
2. 激光熔覆修复技术激光熔覆修复技术采用激光束对叶片表面进行高温熔化，然后将金属粉末喷射到受损区域，通过熔覆和复合作用形成新的覆层。
这种修复方法不仅能够修复磨损叶片的表面，还可以提高其抗腐蚀和抗疲劳性能。
3. 离子注入修复技术离子注入修复技术是利用离子束撞击叶片表面，将离子注入叶片内部，从而改变叶片材料的化学成分和物理性能。
这种修复方法可以提高叶片的硬度、耐腐蚀性和耐磨性，有效延长叶片的使用寿命。
二、燃气轮机叶片腐蚀问题及其修复方案除了磨损问题，燃气轮机叶片还容易受到各种化学气体的腐蚀影响。
常见的腐蚀形式有氧化腐蚀、硫化腐蚀和氯化腐蚀等。
为了解决这些问题，研究人员也提出了多种腐蚀修复方案。
1. 阻隔涂层修复技术阻隔涂层修复技术是一种常见的叶片腐蚀修复方法，其主要通过在叶片表面涂覆耐腐蚀性强的涂层，阻隔进一步的腐蚀发生。
这种修复方法不仅能够修复叶片的腐蚀损伤，还可以提高叶片的腐蚀抵抗能力。
2. 化学溶液修复技术化学溶液修复技术利用特定的化学溶液对叶片表面进行腐蚀清理，去除叶片表面的腐蚀产物和氧化层，恢复叶片的原始材料表面。
航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状【1】航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状【2】概述航空发动机是现代航空运输的核心组件，而涡轮叶片则是发动机中最重要的零部件之一。
涡轮叶片承受着高温高压的工作环境，需要具备优异的耐热性和耐腐蚀性能。
为了提高涡轮叶片的寿命和性能，热障涂层技术应运而生。
本文将对航空发动机涡轮叶片热障涂层的研究现状进行探讨。
【3】热障涂层的作用热障涂层技术是通过在涡轮叶片表面涂覆一层耐高温材料，形成热障层，以减少叶片表面的工作温度，提高叶片的耐热性能和抗氧化能力。
热障涂层能够有效减少涡轮叶片的热应力和热疲劳损伤，延长叶片的使用寿命，并提高发动机的工作效率和可靠性。
【4】热障涂层研究的发展历程热障涂层技术在航空领域的发展可以追溯到上世纪50年代，最初采用的是金属涂层。
然而，金属涂层存在着氧化、粘结力差等问题，限制了其应用。
随着陶瓷涂层材料的研究和发展，陶瓷涂层逐渐取代金属涂层成为主流。
目前，热障涂层的研究重点主要集中在材料性能的优化、工艺改进以及涂层与基底材料之间的耦合问题等方面。
【5】热障涂层材料的选择航空发动机涡轮叶片的热障涂层材料需要具备优异的耐高温性能、热膨胀系数匹配性和抗氧化能力。
目前常用的涂层材料主要有氧化铝、氧化锆和复合材料等。
不同的涂层材料具有各自的特点和优势，在应用中需要根据具体的工作环境和性能要求来选择合适的材料。
【6】研究热障涂层的关键技术热障涂层的研究涉及到材料制备、涂层工艺、热处理和性能评价等多个方面。
其中，材料制备的关键技术包括热喷涂和物理气相沉积等方法，涂层工艺的关键技术包括预处理、喷涂参数控制和后处理等。
涂层与基底材料之间的耦合问题也是热障涂层研究中的一个重要方向。
【7】热障涂层的性能评价热障涂层的性能评价主要包括热稳定性、热膨胀性、抗氧化性和机械性能等指标。
常用的测试方法有热循环试验、热膨胀系数测试、高温氧化试验和机械性能测试等。
通过对涂层性能的评价，可以为进一步改进和优化涂层设计提供参考和依据。
航-空-发-动-机-叶-片-涂-层能，广泛用于制造航空发动机和各类燃气轮机的涡轮叶片（blade and vane）。
就材质来看：各国的高温合金型号虽各不相同，但就相近成分的高温合金来说，其性能相近（生产工艺方法不同有也造成性能有大的差异）。
好的高温合金的使用温度也只有1073K左右，为达到前面所说的要求温度，采用的方法有二：一是制成空心的叶片。
空心叶片自20世纪60年代中期出现以来，经历了对流冷却、冲击冷却、气膜冷却以及综合冷却的发展历程，使进气口温度高出叶片材料约300—500℃，内腔的走向复杂化和细致化。
这一步的改进仍难满足需要，且英国发展计划将取消冷却。
二是涂层，常进行多材质多层次涂层。
PVT公司研究表明：军用直升机上的发动机叶片采用涂层，在沙漠上飞行，寿命可提高3倍左右，不仅大大降低了制造发动机叶片的成本，同时也使飞机的维护时间延长了两倍。
二．涡轮叶片的涂层高温合金的生产方法或晶形结构对产品的性能是有很大影响的，如图1所示，GE公司20年前开始采用单晶高温合金制作战机用发Fig.1 Comparative preperties of polycrystal,columnar and single-crystal superallys动机叶片。
从图1看出：使用单晶后，蠕变和热疲劳提高9倍，但抗腐蚀性只提高4倍，增加涂层仍十分必要。
涡轮叶片的涂层的方法很多，常用的有热渗、磁控溅射、热喷涂三种，热渗法方法简单方便，成本低，也是最适合叶片内腔涂层的方法。
热渗法属于化学热处理，利用高温的方法将化学原子扩散注入到基体金属中，并在其表面沉积均匀的保护膜。
根据使用原料的状态的不同，又可分为固体粉末包埋法、气相法、液相法和浆料法，其中固体粉末包埋法、气相法用得最广。
热渗涂层原理简单，但工艺控制方法是关键，我国已有相关部门在进行这方面的研究，但从公布的图片看，仍有差距；国外对军工涂层技术也是封锁的。
下面谈GE和Siemens两家世界最大的燃气轮机生厂家的有关情况。
涂层技术在航空发动机中的应用(一)涂层技术在航空发动机中的应用1. 提高发动机效率•热障涂层（TBC）热障涂层是一种高温耐受能力极强的陶瓷涂层，在航空发动机中有广泛应用。
它可以有效降低高温燃烧室和涡轮内部的表面温度，减少热量传递到其他部件，提高燃烧效率和涡轮的使用寿命。
热障涂层采用涂敷的方式施加在发动机部件表面，形成一层隔热层，同时具备优异的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性。
•摩擦涂层摩擦涂层是一种能够减少摩擦阻力、降低能耗和延长机械部件寿命的涂层技术。
在航空发动机中，喷涂摩擦涂层可以应用于涡轮叶片表面以减少摩擦热造成的能量损耗，提高发动机效率。
该涂层通常由涂料和固化剂组成，喷涂后会形成一层耐磨、耐热的涂层，提供涡轮叶片所需的低摩擦系数。
2. 保护发动机结构•防腐蚀涂层发动机作为飞机的核心部件，其表面容易受到腐蚀的影响。
防腐蚀涂层能够降低发动机金属部件受到酸性气体、高温、湿度等因素的腐蚀程度，提高其耐久性。
航空发动机中使用的防腐蚀涂层通常采用环氧树脂和特殊添加剂，能够有效隔离金属与外界环境，降低腐蚀速度，同时具备耐温性能。
•降噪涂层航空发动机产生的噪音是对航空乘客和地面居民造成的主要干扰。
降噪涂层是一种能够减少发动机噪音输出的技术。
该涂层通常由吸声材料和表面粗糙度调整剂构成，能够通过吸收噪音和改变噪音传播路径来降低发动机产生的噪音水平。
降噪涂层的应用可以有效改善乘客舒适度，减少航空噪声对环境的影响。
3. 增强结构强度•硬质涂层硬质涂层是一种附着在金属表面的高硬度涂层，可以提供结构件的抗磨损和抗腐蚀能力。
在航空发动机中，硬质涂层通常应用于涡轮轴承、气门、活塞等部件表面，能够减少零部件间的摩擦和磨损，提高结构件的使用寿命。
常见的硬质涂层材料包括碳化硅、氮化硼等。
•纳米涂层纳米涂层是一种厚度在纳米级别的超薄涂层，它能够提供出色的防腐蚀和防磨损性能。
航空发动机中的纳米涂层可应用于活塞环、气缸内壁等部件表面，能够减少部件摩擦和磨损，提高结构件的使用寿命。
科技成果——燃气轮机叶片及热端部件修复再制造技术所属行业装备制造适用范围燃气轮机修复成果简介1、技术原理燃机是一种高效、节能、低污染的动力设备，广泛地应用于地面发电、能源动力、航空航天等领域。
随着燃机性能的提高，其热端部件所使用的材料性能也不断提高，以往可以用常规焊接工艺修缮的工件现已经不能采用，而如今的热端部件的制造仅仅掌握在国外的几家大型公司，其价值昂贵，往往一台份叶片的价格近5000万美元（9E、9F等机组），国产叶片也近4000万人民币所以叶片的损伤是目前国内使用单位最大的经济损失与压力，这样就急需要开发研制新方法、新工艺来解决。
激光作为一种特种能量源，发展激光辐照下的粉末熔铸生长和激光显微积分焊以及激光微弧沉积复合修复工艺。
其中粉末冶金法是公司在激光修复技术之外的一项重大突破。
粉末冶金过程为：粉末-成形-烧结，通过粉末组成的优化选择可实现工件的近、等强度的无损求原修复；通过可塑粉末体随工件基体几何结构抹塑成形，可实现工件的大面积、大孔洞、大间隙和较大厚度的无损求原修复。
对于高温合金，尤其是含Al+Ti量高的镍基高温合金，由于其难熔焊修复的问题，采用粉末冶金修复再制造技术应是十分有意义的，在发动机叶片及热端部件修复再制造中具有广阔的应用前景。
2、关键技术与装备（1）针对不同叶片片体基材烧结界面的冶金化程度即双金属界面液态相容性；（2）针对大缺陷处的烧结如何解决由于金属收缩比不同产生的裂纹；（3）控制烧结真空度与烧结温度，对空心型腔结构烧结时不会发生烧结粉末熔化点时的流动，也可称为仿型烧结技术；（4）烧结后烧结区的强度应不低于本体强度的70%，性能要达到基体性能的90%。
装备：TFL-H6KWCO2激光器一台成套设备；ZKSX-DC-02、ZKSX3004固态激光器二台；YAG500W、SF-1GX-500B激光器二台；DS-300电弧喷涂机、N-800等离子喷涂机各一台；等离子堆焊机一台；VHB-181830H、VHB-6612H多用途真空热处理炉二台；多功能微弧增材制造机（专利产品）若干台。
先进燃气轮机技术的研究与应用近年来，随着经济与科技的快速发展，先进燃气轮机技术在能源领域中的应用越来越重要。
燃气轮机是一种高效能源转化设备，被广泛应用于发电机组、船舶动力、空气调节等领域。
在发达国家，燃气轮机的利用率已经高达40%以上，而在我国，这一数字只有20%左右。
为了加强我国在燃气轮机技术领域中的发展，我国在燃气轮机技术研究和应用方面进行了大量探索和实践。
一、先进燃气轮机技术的研究1. 热力循环技术热力循环技术是燃气轮机能效提高的关键，能有效提高燃气轮机的发电能力。
我国的燃气轮机技术研究已经取得了一定的成果，如压缩机叶片材料的改良，涡轮叶片叶片材料的改进，以及涡轮机叶片叶片冷却技术的研究等。
2. 热力学分析燃气轮机是一种复杂的热力系统，热力学分析是燃气轮机研究中必不可少的环节。
我国在燃气轮机热力学分析研究方面积极推进，建立了一套比较完善的热力学分析模型。
通过对这些模型的改进和优化，我国的燃气轮机技术研究水平得到了不断提高。
3. 稳态数值模拟稳态数值模拟是燃气轮机数值模拟的重要内容。
它可以模拟燃气轮机的实际工作状态，分析其流场特性和热力学特性。
我国在稳态数值模拟技术研究方面成果显著，包括流场分析、传热分析、机械分析等。
二、先进燃气轮机的应用1. 电力领域发电是燃气轮机最主要的应用领域之一，因为燃气轮机能够高效地转化燃料的能量为电能。
我国在燃气轮机发电方面已经取得很大的成就，大型燃气轮机组的应用也逐渐增多。
2. 船舶动力领域船舶动力是另一个重要的应用领域，因为燃气轮机能够提供高功率、高效率的动力。
相比传统的柴油机，燃气轮机具有更高的推力和速度，是目前国内外最先进的动力装置之一。
因此，燃气轮机在船舶动力领域的应用前景非常广阔。
3. 空调领域燃气轮机可用于空气处理设备中，作为制冷剂被广泛应用。
与传统的制冷设备相比，燃气轮机可减少废热的排放量，提高能源利用效率。
三、先进燃气轮机的前景1. 行业竞争加剧随着燃气轮机技术的快速发展，国内外燃气轮机市场的竞争也日益加剧。
航空发动机作为现代航空航天领域的核心动力装置，其性能的优劣直接关系到飞行器的飞行效率、可靠性和安全性。
而在航空发动机的众多关键部件中，涡轮叶片起着至关重要的作用。
涡轮叶片在高温、高压、高速的恶劣工作环境下运行，承受着巨大的热负荷和机械负荷，因此对其进行有效的防护和隔热至关重要。
热障涂层作为一种有效的防护手段，近年来在航空发动机涡轮叶片领域得到了广泛的研究和应用。
热障涂层的概念最早可以追溯到上世纪五六十年代，当时主要应用于火箭发动机的燃烧室部件。
随着航空技术的不断发展，热障涂层逐渐被引入到航空发动机涡轮叶片上，以提高其耐高温性能和使用寿命。
经过多年的发展，热障涂层技术已经取得了显著的进步，并且在不断地完善和创新。
一、热障涂层的工作原理和性能要求热障涂层的主要作用是降低涡轮叶片表面的温度，从而保护叶片免受高温的损害。
其工作原理是通过在涡轮叶片表面形成一层具有低热导率的涂层，阻挡热量向叶片内部的传导，同时阻止叶片表面的热量向外辐射，从而达到隔热的效果。
热障涂层通常由陶瓷层和金属粘结层组成，陶瓷层具有较高的熔点和低热导率，能够承受高温环境；金属粘结层则起到连接陶瓷层和叶片基体的作用，并且具有良好的高温稳定性和抗氧化性。
热障涂层的性能要求非常严格，主要包括以下几个方面：1. 良好的耐高温性能：能够在航空发动机工作的高温环境下长期稳定运行，不发生熔化、分解或剥落等现象。
2. 较低的热导率：有效地降低叶片表面的温度，提高叶片的热效率。
3. 良好的热稳定性：在温度变化和热循环过程中，涂层不发生开裂、剥落或变形等问题。
4. 良好的抗氧化性和抗腐蚀性能：能够抵抗发动机燃烧气体中的氧化和腐蚀作用，延长涂层的使用寿命。
5. 与叶片基体良好的结合力：确保涂层在长期的工作过程中不脱落。
6. 较低的热膨胀系数：与叶片基体的热膨胀系数相匹配，减少因热应力引起的涂层开裂和剥落。
二、热障涂层的制备方法目前，常用的热障涂层制备方法主要有等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
航空发动机叶片众所周知，在航空发动机里叶片是透平机械的“心脏”，是透平机械中极为主要的零件。
透平是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。
叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。
动叶片还以很高的速度转动。
在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。
叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格；叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。
叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。
所以，叶片的加工方式对透平机械的工作质量及生产经济性有很大的影响。
这就是国内外透平机械行业为什么重视研究叶片加工的原因。
随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。
叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。
这就决定了叶片加工生产的发展方向是：组织专业化生产，采用少、无切削的先进的毛坯制造工艺，以提高产品质量，节约耐高温材料；采用自动化和半自动化的高效机床，组织流水生产的自动生产线，逐步采用数控和计算机技术加工。
叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分组成。
因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。
装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。
因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。
由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。
有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。
叶冠和拉筋也可归为装配面部分。
汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。
图1燃气轮机叶片超精表面
1表面完整性和超精加工难点
1.1表面完整性
提到超精表面加工的时候，我们就不得不提另一概念——
—表面完整性。
在不同载荷条件下，零件的设计准则是不同的，对于同一种材料而言，疲劳强度往往比静载强
图2显微镜下的喷丸表面
2.1试验方案
一般提高叶片表面质量的方法通常采用手工抛光和振动光饰，但是对于降低喷丸表面的粗糙度，手工抛光与振动光饰在控制去除量均匀性上难度非常大，而且很难满足要求。
因此，结合公司现有设备采用六轴联动数控砂带磨床进行新工艺开发工艺试验。
数控砂带磨削是磨削和抛光相结合的新工艺，具有磨。
科技成果——舰船燃机动力涡轮导向叶片技术开发单位沈阳中科三耐新材料股份有限公司技术概述燃机动力涡轮导向器叶片是安装在涡轮导向器内、外环上沿周向等距分布的叶片，位于工作叶片的前方。
在燃烧室中爆发高温高压燃气流经过导向器叶片时被整流且在收敛管道中转化为动能。
导向叶片是涡轮部件中承受温度最高和热冲击力最强的部件。
燃机动力涡轮导向器叶片是某型系列发动机重要部件。
采用K438铸造高温合金，K438合金是镍基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金，是抗腐蚀性能最好的合金之一，使用温度小于900℃。
该合金具有优异的抗热腐蚀性，具有中等水平的高温强度和良好的组织稳定性，主要应用于舰船及地面工业燃气轮机的长寿命涡轮工作叶片和导向器叶片、航空发动机涡轮叶片及耐腐蚀部件。
主要技术指标尺寸要求：叶片通道公差为±0.35mm；叶型型线轮廓度公差为0.25mm。
冶金质量：1、高温拉伸：800℃力学性能，sb³785MPa，d5³3%，Ψ³3%；2、高温持久：815℃持久性能s=420MPa，τ³70h。
3、射线检验：单个缺陷：A区不允许有任何缺陷，其余区域单个缺陷参考3/8″照片6；疏松：A区不允许有任何缺陷，其余区域允许疏松参照3/8″照片7。
4、表面质量：单个缺陷：A区允许有直径不超过0.3mm的单个缺陷；R区允许有直径不超过1.5mm，间距不小于8mm的单个缺陷；B区允许有直径不超过2.0mm，间距不小于6mm的单个缺陷；C区允许有直径不超过2.5mm，间距不小于5mm的单个缺陷；聚集缺陷：A区不允许有任何缺陷；R区允许有直径不超过15mm，的聚集缺陷；B区允许有直径不超过25mm的聚集缺陷；C区允许有直径不超过30mm的聚集缺陷；5、热处理：铸件采用真空热处理，制度：1120℃±10℃，保温2小时，充氩气保护，并以不小于空冷速度冷却。
先进程度国内领先技术状态批量生产、成熟应用阶段适用范围国防舰船主要动力装置。
