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1、前 言现代燃气轮机火焰筒表面通常涂覆高温搪瓷涂层以改善其使用性能。高温涂层在火焰筒表面,经高温熔烧后在火焰筒表面形成一层致密的耐高温涂层。抗氧化性是高温搪瓷的主性能,在使用温度下,玻璃质涂层处于高粘性状态,阻止氧化性的燃气向金属表面扩散,从而起到阻止金属氧化和减少金属表层合金元素贫化的作用。由于涂层在高温高速高腐蚀性气流中工作,涂层应同时具备耐热蚀性和耐磨蚀性,耐热振性也很重要。涂层也有改善火焰筒应力状态和应力分布,缓解热振的效果[1～2]。某引进燃气轮机火焰筒的国产化后基体材料选用高温合金GH3044,与外方材料的诸项理化性能
2、指标相仿,高温搪瓷由外方提供,用于防护在950～1000℃高温下的燃烧室火焰筒,熔烧工艺亦由外方提供,必要的工艺试验将为火焰筒的工艺过程奠定基础,考虑到火焰筒允许熔烧的次数有限制,不宜直接用火焰筒做试验,因此试验时选用试片。2 试 验火焰筒熔烧工艺流程如图1所示。图1 火焰筒高温搪瓷熔烧流程图表1 搪瓷的主要成分按外方工艺资料配制的搪瓷粘稠度为13～15s(等同于GB/T1723-93,喷嘴直径为4mm,容积100ml的测量方法),静置时效若干规定时间。火焰筒喷砂后必须在规定时间内喷涂搪瓷,随后,在室温下干燥30min,然后放入
3、炉温100～120℃炉中拱烤1h。火焰筒的熔烧温度为1200～1220℃,熔烧时间为2～7min(决定于零件的外形尺寸),同时规定熔烧温度不得低于1150℃。2.1 试验试样试样采用与火焰筒材料相同的高温合金试片。2.2 试验设备PY-43型熔烧炉,功率60kW,炉内空间是1200×800×600,内置矽碳棒20个。2.3 实验方法及结果分析从积累经验的角度出发,在一些工艺环节进行了对比试验。一般地,除油、静置时效、喷涂和干燥等工序按规范操作即可,现对喷砂砂粒的大小、搪瓷粘稠度、熔烧温度和熔烧时间等参数的选择对熔烧结果的影响予以
4、比较。2.3.1 喷砂喷砂的目的是清理火焰筒表面的氧化皮、锈蚀、积碳、焊渣、旧漆和磨痕,从而降低火焰筒表面的粗糙度,增加覆盖层与基体的结合强度[1～2]。分别采用80～100目的粗砂粒及180～240目的细砂粒对两组试片进行喷砂,然后经喷涂粘稠度为15～17s搪瓷、干燥工序,在炉温1150℃时将试片置入熔烧炉。熔烧制度:升温至开炉门放零件前的温度,保温5min,出炉空冷。冷却后结果显示,两组试片的表面状态基本一致。喷砂的效果可以影响最终熔烧结果,但是喷砂的效果与磨料的粒度、风压、喷嘴与被喷面的距离、角度等诸多因素有关,单纯的砂粒
5、粗细的合理变化对最终的结果影响甚微。此外,有关经验表明,用氧化铝砂处理的GH3044工件与用石英砂处理的GH3044工件相比,在其它条件如搪瓷粘稠度和熔烧时间一致的情况下,熔烧时涂层能够承受更高的熔烧温度。2.3.2 粘稠度分别配制粘稠度为13～15s及15～17s的两杯搪瓷料,对经同一种砂粒喷砂处理的两组试片进行喷涂、干燥工序,在炉温1150℃时将试片置入熔烧炉。熔烧制度同2.3.1。冷却后结果显示,两组试片的表面状态基本一致。粘稠度是搪瓷料中蒸馏水含量多少的表象,蒸馏水的功能是使搪瓷料通过喷枪喷射到零件上并附着在其上。在干燥
6、工序,水分将完全散失掉。因此,在涂层均匀且厚度满足要求时,粘稠度对熔烧结果几乎没有影响。2.3.3 熔烧温度用粘稠度为15～17s搪瓷料喷涂经同一种砂粒喷砂处理的4组试片,熔烧制度规定的温度分别为1050、1120、1170和1200℃。熔烧制度同2.3.1。试片冷却后结果如表2所示。一般认为温度越高,熔融状态越好,但是温度过高会使金属氧化物发生过烧现象,引起耐热层的颜色变化。表22.3.4 熔烧时间用粘稠度为15～17s搪瓷料喷涂经同一种砂粒喷砂处理的2组试片。其中一组试片在炉温为1150℃时开炉门放零件,另一组试片在炉温为1
7、170℃时开炉门放零件。熔烧制度:从将零件放入炉内即开始计时,熔烧5min,出炉空冷。试片冷却后结果如表3所示。表3按我国现行的一般熔烧制度,零件升温至预定温度后保温若干时间,通常工件入熔烧炉后的起始熔烧温度比开炉门时的规定温度低约50℃,再升温至规定温度所需时间大约为5～10min(随零件大小的不同而异),保温时间约为5min,实际上熔烧时间将达到10～15min,这样,当规定较低熔烧温度时,玻璃料不易烧透,零件表面质量不能令人满意;当规定较高的熔烧温度时,搪瓷料中的氧化物就会出现过烧现象。2.4 热振性能检测为了检验耐热涂层
8、的热振性能,试片按下述方式进行实验:将涂层熔烧好的零件加热至1000℃,水淬8次;将零件加热至1000℃,风冷50次,零件表面涂层状况良好[1]。3 结论(1)喷砂砂粒大小、涂料粘稠度的变化对熔烧结果的影响较小,主导因素是熔烧温度和熔烧时间,适当的较高温度可以使
