镍基高温合金再铸层的选择性化学溶解机理研究

Ni-base superalloy is the main material of aero-engine blade.The laser-drilling, as a key technology for blade manufacture, has a critical defect because of the pores arounde the recast layer.At present, the AFEH method is widely used to remove the recast layer,while the residue is a big trouble. The investigation indicated that the the recast layer of the Ni-base superalloy dissolves preferentially and the substrate can not be corroded in some specific solution. However, the corrosion mechanism is not clear. The microstructure and corrosion behavior of the recast layer will be studied, and the dynamics and thermodynamics of the prefencial solution of the recast layer will be discussed. Afterwards, the mechanism of the prefencial solution for the recast layer will be obtained, which is be crucial to the remove technology of the recast layer on the Ni-base superalloy. The investigation will be of great importance to be familiar with the electrochemical corrosion behavior, to remove the recast layer by electrochemical research methods, and to develop a new safe and effective processing technique for the larser-drilling manufacture of the aero-egine blades.

镍基高温合金是航空叶片的主要材料，激光打孔是叶片制造的关键工艺之一，但该工艺存在一个致命的弱点，即小孔周边存在再铸层。目前工业上主要采用磨粒流式机械研磨方法去除再铸层，但容易有残留。探索研究显示：在特定化学溶液中，某些镍基高温合金再铸层能够优先溶解，而基体并不腐蚀，但其机理尚不清楚。本项目拟将合金基体及其再铸层看作两种成分相同但组织结构不同的材料，通过研究再铸层的组织结构、电化学腐蚀行为及腐蚀规律、选择性溶解热力学与动力学条件，揭示再铸层的选择性化学溶解机制，为叶片激光打孔再铸层的选择性化学溶解去除工艺设计与过程控制提供一般原则。研究成果将对认识镍基高温合金激光加工再铸层的电化学腐蚀行为，进而利用电化学腐蚀过程消除再铸层，开发具有自主知识产权的航空叶片激光打孔制造辅助处理技术，实现航空叶片气冷小孔的安全、高效、快速制造，具有重要的理论与实际意义。

镍基高温合金因其优良的高温力学性能与化学性能而被广泛应用于航空发动机各种叶片与热端部件上。然而这种材料熔铸性与熔焊性极差，在激光打孔加工时，在气膜孔内壁上易熔融形成再铸层。再铸层内部存在较多的冶金缺陷，直接影响叶片的疲劳强度，严重威胁发动机的安全可靠性。目前去除激光再铸层的工艺方法都不便于应用到实际生产中，为实现激光打孔再铸层高效去除，研究了多种镍基高温合金的激光再铸层的组织特征及激光熔凝再铸层的化学研磨的去除工艺，对其化学研磨机理做了深入研究。.首先，研究了多种镍基高温合金激光再铸层的组织特征。结果表明：与合金基材相比，再铸层组织明显细化，为胞晶或枝晶组织。高Al+Ti含量DZ125激光再铸层（γ+γ´）共晶等第二相消失，γ´析出减少，并且发生大量开裂，裂纹沿枝晶界向基材与再铸层扩展，但裂纹很少扩展到基材。.其次，研究了多种合金的激光再铸层与基材在化学研磨溶液中电化学腐蚀特性。结果表明：不同合金再铸层和基材在同一溶液中电化学腐蚀特性差别较大，DZ125合金再铸层和基材耐腐蚀性差别最大；再铸层的厚度不会影响电化学腐蚀行为；溶液中CuSO4能增强DZ125合金基材钝化保护，FeCl3能加速DZ125再铸层腐蚀研磨速度。DZ125合金激光再铸层经热处理后，再铸层中析出致密的强化相γ´相，耐腐蚀性明显增强。.为了实现再铸层化学研磨工业化生产，进行了再铸层溶解动力学实验，得到化学研磨优化工艺条件：化学研磨溶液保温在60°C以上，溶液浓度在90%以上，再铸层的化学研磨高效可靠，并且不损伤合金基体。.对比研究激光打孔再铸层化学研磨前后合金基材的力学性能，显示化学研磨后的镍基高温合金基材基本力学性能不会降低，而且可提高基材的热疲劳性能和高温持久性能。.本研究从化学研磨机理到研磨后的分析检测逐步剖析了再铸层化学研磨的可靠性，对航空发动机叶片激光再铸层去除具有理论和实际应用意义。