本發(fā)明涉及工業(yè)設(shè)備制造領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬葉片及處理方法。

背景技術(shù)：

與不銹鋼相比，鈦合金，例如tc4和ti-6al-4v，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和強(qiáng)度重量比。因此，鈦合金已被廣泛用于汽輪機(jī)和壓縮機(jī)葉片，特別是用于限制離心應(yīng)力的大尺寸的葉片。

盡管鈦合金具有優(yōu)異的化學(xué)和物理機(jī)械性能，但是其通常硬度低，耐磨性較差。尤其是，如圖1所示為金屬葉片和微動(dòng)系統(tǒng)之間的微動(dòng)磨損的示意圖，當(dāng)鈦合金應(yīng)用在渦輪葉片上時(shí)，在金屬葉片101和輪盤102之間存在接觸運(yùn)動(dòng)。負(fù)載下的接觸表面103的磨損和材料轉(zhuǎn)移以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將導(dǎo)致所謂的微動(dòng)磨損。該微動(dòng)磨損會(huì)影響葉片接觸表面103的疲勞強(qiáng)度并會(huì)導(dǎo)致小疲勞裂紋，即微動(dòng)裂紋。這種微動(dòng)裂紋的擴(kuò)散最終將導(dǎo)致葉片故障。

微動(dòng)磨損導(dǎo)致的微動(dòng)疲勞損傷是渦輪葉片的一種常見故障，鈦合金制成的葉片(簡稱為鈦葉片)更是如此。目前業(yè)界已經(jīng)提出了多種解決方案，以保護(hù)鈦合金葉片遠(yuǎn)離微動(dòng)磨損導(dǎo)致的故障。

一種典型的現(xiàn)有技術(shù)是：通過電鍍或熱噴涂的方式，在所述接觸表面103上增加硬質(zhì)陶瓷的涂層。然而，所述硬質(zhì)陶瓷通常非常易碎的，而且與鈦葉片具有相對(duì)低的粘合力，這會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)陶瓷涂層容易產(chǎn)生裂紋，甚至從鈦葉片剝離。

另一種現(xiàn)有技術(shù)是：通過熱噴涂方式在所述接觸表面上噴涂上較軟和粗糙的銅鎳銦(cuniin)材料，作為滑動(dòng)潤滑劑薄層固定。但是這種保護(hù)涂層的局限是較低的最高工作溫度和使用壽命。另外，cuniin材料的主要成分銦是一種稀土元素，供應(yīng)量少、成本高，這也是一個(gè)主要問題。目前研究人員正在尋找替代cuniin涂層的微動(dòng)磨損的解決方案。

再有，鈦金屬表面氧化可以生成一層硬質(zhì)的鈦氧化層，這種鈦氧化層已用于對(duì)鈦葉片的防腐蝕保護(hù)。然而，傳統(tǒng)的陽極氧化產(chǎn)生的氧化層通常很薄(幾個(gè)或幾十微米)很脆，與基體金屬結(jié)合力比較弱，不適用于微動(dòng)磨損的長時(shí)間保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施方式提出一種金屬葉片的處理方法，從而以較低的成本實(shí)現(xiàn)金屬葉片的較高的抗微動(dòng)磨損性能。

本發(fā)明實(shí)施方式提出一種金屬葉片，可以具有較高的抗微動(dòng)磨損的性能，且制備成本較低。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種金屬葉片的處理方法，包括：

對(duì)金屬葉片進(jìn)行微弧氧化；

對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑，其中所述金屬葉片上的微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

在本發(fā)明所述處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑的步驟包括：在所述對(duì)金屬葉片的微弧氧化的過程中，在微弧氧化的電解液中直接添加固體潤滑劑。

在本發(fā)明所述處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑的步驟包括：對(duì)所述金屬葉片進(jìn)行微弧氧化后，向所述金屬葉片的微弧氧化層噴涂固體潤滑劑。

在本發(fā)明所述處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)金屬葉片進(jìn)行微弧氧化的步驟包括：對(duì)所述金屬葉片與輪盤接觸的葉根部分進(jìn)行微弧氧化。

在本發(fā)明所述處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬葉片包括：鈦合金葉片、或鋁合金葉片、或鎂合金葉片。

在本發(fā)明所述處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述固體潤滑劑包括：石墨、或氮化硼、或二硫化鉬、或氟化鈣。

一種金屬葉片，所述金屬葉片具有微弧氧化層；所述微弧氧化層具有固體潤滑劑，其中所述微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

在本發(fā)明所述金屬葉片的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬葉片的與輪盤接觸的葉根部分具有所述微弧氧化層。

在本發(fā)明所述金屬葉片的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述金屬葉片包括：鈦合金葉片、或鋁合金葉片、或鎂合金。

在本發(fā)明所述金屬葉片的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述固體潤滑劑包括：石墨、或氮化硼、或二硫化鉬、或氟化鈣。

從上述技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明實(shí)施方式中，采用了微弧氧化工藝對(duì)金屬葉片進(jìn)行了微弧氧化，將微弧氧化成作為抗微動(dòng)磨損的保護(hù)層，相比現(xiàn)有技術(shù)cuniin材料層，本發(fā)明可以用簡單的設(shè)備制備，生產(chǎn)成本更加低廉；而且，由于微弧氧化層與金屬葉片之間的結(jié)合屬于冶金結(jié)合，從而具有很高的粘附力，對(duì)金屬葉片具有良好的粘結(jié)性能，相比現(xiàn)有技術(shù)的硬質(zhì)陶瓷涂層更加牢固且韌性好，抗微動(dòng)磨損的性能更強(qiáng)；同時(shí)，所述微弧氧化層具有多孔結(jié)構(gòu)，其中的微孔可用于承載附加的固體潤滑劑，從而可以提高磨損壽命，因?yàn)樗龉腆w潤滑劑可以不斷地從微弧氧化層的微孔中出來，不斷起到潤滑作用。

本發(fā)明所述的金屬葉片，不但可以適用于鈦合金葉片，也可以適用于鋁合金葉片，所述金屬葉片尤其可應(yīng)用于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片中。

附圖說明

圖1所示為金屬葉片和微動(dòng)系統(tǒng)之間的微動(dòng)磨損的示意圖；

圖2為本發(fā)明所述金屬葉片的處理方法的一種實(shí)施流程圖；

圖3為微弧氧化生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；

圖4為傳統(tǒng)的陽極氧化和微弧氧化生成的氧化層的表面和橫截面的對(duì)比示意圖。

其中，附圖標(biāo)記如下：

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以闡述性說明本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本發(fā)明實(shí)施方式中，提出了一種金屬葉片的處理方法。圖2為本發(fā)明所述金屬葉片的處理方法的一種實(shí)施流程圖，參見圖2，該金屬葉片的處理方法的一種實(shí)施例主要包括：

201、對(duì)金屬葉片進(jìn)行微弧氧化。

202、對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑，其中所述金屬葉片上的微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

經(jīng)過本發(fā)明的處理，所述金屬葉片具備了如下特征：所述金屬葉片具有微弧氧化層；所述微弧氧化層具有固體潤滑劑，其中所述微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

所述微弧氧化(mao)是一種等離子體電解沉積技術(shù)，是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。微弧氧化技術(shù)突破了傳統(tǒng)的陽極氧化的電壓限制，可以快速生成較厚的氧化層。

圖3為微弧氧化生產(chǎn)設(shè)備的示意圖。參見圖3，微弧氧化的生產(chǎn)過程相對(duì)簡單，不會(huì)涉及昂貴和復(fù)雜的設(shè)備，相比現(xiàn)有技術(shù)cuniin材料層，本發(fā)明可以用簡單的設(shè)備制備，生產(chǎn)成本更加低廉。其中涉及的設(shè)備包括多功能電源301、不銹鋼槽302、攪拌器303、溫度計(jì)304、冷卻系統(tǒng)305，所述不銹鋼槽302中具有電解液，金屬葉片306放置在電解液中，由多功能電源301供電對(duì)所述金屬葉片306進(jìn)行微弧氧化。

所述微弧氧化生成的氧化層的厚度可以通過微弧氧化的時(shí)間、電解液的濃度、以及對(duì)選定的電解液施加電壓(高達(dá)2kv)的方式進(jìn)行調(diào)整，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述金屬葉片的微弧氧化層的較佳厚度可以是100到500微米。

所述微弧氧化生成的氧化層的硬度可以通過電解液的濃度、以及對(duì)選定的電解液施加電壓的方式進(jìn)行調(diào)整，所述微弧氧化層的硬度可以高達(dá)1000-4000維氏硬度(hv)。

由于所述金屬葉片的微弧氧化層具有較佳的厚度和硬度，因此具備優(yōu)秀的耐磨性，尤其是具備優(yōu)秀的抗微動(dòng)磨損性能。

而且，不像其它現(xiàn)有的熱噴涂陶瓷涂層，微弧氧化層由于微弧溶解，會(huì)與金屬葉片的表面進(jìn)行冶金結(jié)合，從而具有很高的粘附力，不易破損。如圖4為傳統(tǒng)的陽極氧化和微弧氧化生成的氧化層的表面和橫截面的對(duì)比示意圖。圖4中左側(cè)401為傳統(tǒng)的陽極氧化生成的氧化層，上半部分411為該氧化層的表面，下半部分412為該氧化層的橫截面。圖4中右側(cè)402為微弧氧化所生成的微弧氧化層，上半部分421為該微弧氧化層的表面，下半部分422為該微弧氧化層的橫截面。對(duì)比傳統(tǒng)的陽極氧化和微弧氧化生成的氧化層橫截面可以明顯看出微弧氧化的氧化層與基體金屬結(jié)合更加緊密。

此外，微弧氧化層也表現(xiàn)出較少的缺陷和良好的韌性。所述韌性是指：可以根據(jù)需求調(diào)整微弧氧化的功率以及電解液的成分，從而可以使得微弧氧化層產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上的改變，以適用于不同的場景需求。以鋁合金為例，不同于陽極氧化形成的無定形結(jié)構(gòu)，微弧氧化所形成的陶瓷結(jié)構(gòu)主要由γ-al2o3相和α-al2o3相組成，其中α-al2o3相使膜層硬度高、耐磨性好，而γ-al2o3相使膜層具有好的韌性，通過調(diào)節(jié) 微弧氧化參數(shù)，可以相應(yīng)調(diào)節(jié)兩相的比例，從而優(yōu)化氧化膜的綜合性能。微弧氧化的這些特點(diǎn)使得微弧氧化層適合于金屬葉片微動(dòng)磨損的保護(hù)。

同時(shí)，所述微弧氧化所用到的電解液是中性或弱堿性溶液，其中不添加重金屬，因此對(duì)環(huán)境造成的污染小，相對(duì)傳統(tǒng)陽極氧化或者鉻化表面處理環(huán)境友好。并且微弧氧化永夜溫度以室溫為主，變化范圍較寬，易于操作。另外，因?yàn)椴簧婕皩?duì)基體金屬的高溫?zé)崽幚磉^程，所以不會(huì)對(duì)葉片的形狀和機(jī)械性能造成不利影響。

微弧氧化層的一個(gè)特點(diǎn)是氧化層較厚且具有多孔性，從圖4中可以清楚地看到，微弧氧化層421的表面上有許多微孔，在某些方面這些微孔可能是微弧氧化層的某種缺陷，例如這些微孔可能會(huì)影響到微弧氧化層的耐腐蝕性。然而，本發(fā)明卻巧妙地利用了微弧氧化層上的這些微孔。即本發(fā)明對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑，其中所述金屬葉片上的微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。也就是說，對(duì)于金屬葉片的微動(dòng)磨損的保護(hù)來說，所述微弧氧化層上的微孔反而是一種優(yōu)勢，這些微孔可以作為額外的固體潤滑劑的承載體。

所述微弧氧化層上的微孔可以作為所述固體潤滑劑的完全的承載體，所述微弧氧化層上的微孔也可以作為所述固體潤滑劑的部分承載體。

所謂完全的承載體，是指所述固體潤滑劑不施加在所述微弧氧化層的表面上，而是施加在所述微弧氧化層的微孔內(nèi)，在磨損時(shí)，所述固體潤滑劑可以不斷地從微弧氧化層的微孔中釋放出來，不斷起到潤滑作用，從而提高了磨損壽命。

所謂部分承載體，是指所述固體潤滑劑的一部分可以施加在所述微弧氧化層的表面上，一部分可以施加在所述微弧氧化層的所述微孔內(nèi)。由于金屬葉片的微弧氧化層施加了固體潤滑劑，因此本發(fā)明可以進(jìn)一步降低微動(dòng)損傷，所述微弧氧化層具有多孔結(jié)構(gòu)，其中的微孔可用于承載附加的部分固體潤滑劑，微弧氧化層表面上的固體潤滑劑可以先磨損，待微弧氧化層表面上的固體潤滑劑磨損完之后，所述固體潤滑劑可以不斷地從微弧氧化層的微孔中釋放出來，不斷起到潤滑作用，從而提高了磨損壽命。

本發(fā)明中，所述固體潤滑劑具體可以包括：石墨、或氮化硼、或二硫化鉬、或氟化鈣等潤滑劑，可根據(jù)工作溫度等具體條件選取。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述對(duì)所述金屬葉片施加固體潤滑劑，具體的實(shí)施方式可以至少包括兩種：

第一種施加固體潤滑劑的方式為：在所述對(duì)金屬葉片的微弧氧化的過程中，在微弧氧化的電解液中直接添加固體潤滑劑。如圖3所示，向所述不銹鋼槽302中的電解液中直接添加固體潤滑劑，然后在微弧氧化的過程中，電解液中所添加的固體潤滑劑會(huì)自動(dòng)粘附在所形成的微弧氧化層的表面上和/或微孔內(nèi)。

第二種施加固體潤滑劑的方式為：先對(duì)所述金屬葉片進(jìn)行微弧氧化，在金屬葉片生成微弧氧化層后，向所述金屬葉片的微弧氧化層噴涂固體潤滑劑，所述固體潤滑劑被噴涂到微弧氧化層的表面上和/或微孔內(nèi)。

可選的，本發(fā)明所述金屬葉片進(jìn)行微弧氧化，可以是對(duì)所述金屬葉片的整體進(jìn)行所述微弧氧化，所述金屬葉片整體上具有所述微弧氧化層，且所述微弧氧化層具有固體潤滑劑，其中所述微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

另一種實(shí)施方式中，為了節(jié)約成本，如圖1所示，也可以只對(duì)所述金屬葉片101與輪盤102接觸的葉根部分進(jìn)行所述微弧氧化，即所述金屬葉片的葉根部分具有所述微弧氧化層，而葉片部分不具有所述微弧氧化層，所述葉根部分的微弧氧化層具有固體潤滑劑，其中所述微弧氧化層的微孔作為所述固體潤滑劑的承載體。

本發(fā)明所述的對(duì)金屬葉片的處理，其中的金屬葉片可以是鈦合金葉片，也可以是鋁合金或鎂合金葉片，當(dāng)然如果有特殊需求，也可以是其它某一種指定的金屬葉片。所述金屬葉片尤其可應(yīng)用于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片中。采用了本發(fā)明所述的金屬葉片，可以提高葉片的質(zhì)量和壽命，降低制造、維護(hù)和修理費(fèi)用，而且還可以允許較高的工作溫度以提高系統(tǒng)效率。

另外，本發(fā)明還可以將特定的功能性成分直接加入到微弧氧化的電解液中，從而可以進(jìn)一步提高微弧氧化層的性能。

綜上所述，在本發(fā)明采用了微弧氧化工藝對(duì)金屬葉片進(jìn)行了微弧氧化，將微弧氧化層作為抗微動(dòng)磨損的保護(hù)層，相比現(xiàn)有技術(shù)cuniin材料層，本發(fā)明可以用簡單的設(shè)備制備，生產(chǎn)成本更加低廉；而且，由于維護(hù)氧化層與金屬葉片之間的結(jié)合屬于冶金結(jié)合，從而具有很高的粘附力，對(duì)金屬葉片具有良好的粘結(jié)性能，相比現(xiàn)有技術(shù)的硬質(zhì)陶瓷涂層更加牢固，抗微動(dòng)磨損的性能更強(qiáng)；同時(shí)，所述微弧氧化層具有多孔結(jié)構(gòu)，其中的微孔可用于承載附加的固體潤滑劑，從而可以提高磨損壽命，因?yàn)樗龉腆w潤滑劑可以不斷地從微弧氧化層的微孔中出來，不斷起到潤滑作用。本發(fā)明所述的金屬葉片，不但可以適用于鈦合金葉片，也可以適用于鋁合金葉片，所述金屬葉片尤其可應(yīng)用于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片中。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。