本發(fā)明涉及間接式高溫氟化氫離子氣體清洗技術(shù)，具體是一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗反應(yīng)劑、工藝及裝置。

背景技術(shù)：

高溫氟化氫離子氣體清洗裝置屬于國外先進工業(yè)化國家航空發(fā)動機及其它多種燃氣輪機高溫合金部件深度修復(fù)業(yè)界普遍使用的一種關(guān)鍵設(shè)備。此類裝置應(yīng)用于各種燃氣輪機及航空發(fā)動機內(nèi)昂貴鎳基及鈷基部件高溫釬焊和精密熔焊深度修復(fù)前必須進行的氣相清洗工序。此類設(shè)備制造及控制技術(shù)要求極高，價格昂貴，且全球僅有的兩家商品化設(shè)備生產(chǎn)商都在美國，中國進口困難，以至于國內(nèi)此類技術(shù)設(shè)備目前完全處于空白狀態(tài)，致使大量發(fā)動機部件深度修復(fù)業(yè)務(wù)僅因為缺少此類設(shè)備無無法開展。

許多高端機械動力系統(tǒng)如航空發(fā)動機，各種其它領(lǐng)域使用的燃氣輪機系統(tǒng)的關(guān)鍵部件必需使用鑄造類高鋁鈦沉淀強化鎳基高溫合金及鈷基高溫合金。以航空發(fā)動機為例，發(fā)動機的渦輪部許多關(guān)鍵部件，如第一和第二級渦輪導(dǎo)向靜葉片及動葉片等多為精密鑄造基高鋁鈦鎳基高溫合金或鈷基高溫合金材料。此類部件制造工藝包括真空熔煉，真空澆注及需要嚴格控制凝固過程的精密鑄造等復(fù)雜工藝，且合金原材料價格不菲，部件價格極其昂貴。然而受嚴酷的工作環(huán)境影響，在發(fā)動機的使用過程中此類部件會經(jīng)受高溫氧化，高溫?zé)岣g，高溫?zé)釞C械疲勞等損壞從而產(chǎn)生局部表面材料流失/材質(zhì)惡化及裂紋，致使部件使用性能嚴重下降，甚至造成嚴重的安全隱患。渦輪部的動/靜葉片具有單價高，起關(guān)鍵作用但同時又易于損壞等特點，故被稱為昂貴關(guān)鍵易損部件。在發(fā)動機大修檢驗期間常有批量葉片的損壞程度已達到了服務(wù)極限。發(fā)動機維修公司對損壞程度達到或超過服務(wù)極限的部件需要進行深度修復(fù)或換裝新備件。鑒于葉片修舊遠較換新經(jīng)濟，從降低發(fā)動機用戶使用成本角度考慮，國際上所有發(fā)動機制造公司及獨立大修公司通用的宗旨是能修舊的就不要換新。各種先進高溫真空釬焊(如瞬時液相釬焊，先進寬間隙燒結(jié)釬焊及近年來發(fā)展的無硼，磷，硅釬焊)及使用多種熱源(電弧，等離子，激光，電子束)的精密熔焊堆焊技術(shù)修復(fù)高溫合金葉片已成為先進工業(yè)國家相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的常見的深度再制造技術(shù)。世界范圍內(nèi)燃氣輪機高溫渦輪部葉片深度修復(fù)已形成了年數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，幾乎全部由西方工業(yè)化國家公司控制。

在涉及高溫合金葉片釬焊/熔焊深度修復(fù)的整個工藝過程中，修復(fù)前對需要修復(fù)葉片的表面和裂紋內(nèi)部去高穩(wěn)定性氧化層的過程是一道必須實施的關(guān)鍵工藝。而目前唯一能有效去除高溫合金，尤其是高鋁鈦鎳基高溫合金氧化物的方法就是高溫氟化氫離子氣體清洗工藝；其涉及的設(shè)備即高溫氟化氫離子氣體清洗爐。該清洗工藝主要是在高溫下促成以下具代表性化學(xué)反應(yīng)以去除高溫合金葉片表面的Al，Cr，Ti，Nb，Zr等氧化物:

1.6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2CrF_2(gas)+F_2(gas)

2.12HF_(gas)+2Al₂O₃→6H₂O+4AlF_3(gas)

國外現(xiàn)有工藝及其專用設(shè)備根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)氟化氫氣體來源的不同可劃分為直接式及間接式兩大類。

直接式:用高純氟化氫氣體同氫器混合直接在高溫反應(yīng)器內(nèi)參與同部件的反應(yīng)，起到表面清洗作用。

間接式:用各種不同類型的固態(tài)化學(xué)清洗劑同氫氣在高溫反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，進而由反應(yīng)產(chǎn)生的氟化氫氣體去除部件表面的氧化物。

直接式設(shè)備：因直接使用劇毒高純氟化氫氣體，清洗反應(yīng)必需在完全密封反應(yīng)器內(nèi)完成，設(shè)備設(shè)計及制造的質(zhì)量及控制要求極為嚴格，商品化設(shè)備自動化程度高。直接式清洗爐除可用于去除高溫合金部件表面氧化物外還可提供同爐高溫合金部件經(jīng)氟化氫氣體清洗后的清除部件表面殘余氟化物真空熱處理工序。然而此類商品化設(shè)備只有美國生產(chǎn)，價格昂貴，且中國不能進口；國內(nèi)目前技術(shù)能力還不能生產(chǎn)同類設(shè)備。

直接式設(shè)備又可分成普通直接式清洗爐與高效直接式清洗爐兩種；后者能在氣相清洗過程中通過氟化氫氣體壓力變化從而提高化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)氣體活性提高氣相清洗效率。

間接式設(shè)備:因氟化氫氣體是由不同類型的固態(tài)反應(yīng)劑和氫氣在高溫下通過化學(xué)反應(yīng)/物理變化間接產(chǎn)生，此類清洗技術(shù)避免了使用高純度氟化氫氣體。間接法設(shè)備因低濃度氟化氫氣體只在清洗反應(yīng)器內(nèi)即時產(chǎn)生，其設(shè)備設(shè)計及制造要求相對簡單，造價比較低，使用安全性大為提高。間接法清洗工藝整個清洗過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，此類設(shè)備一般自動化程度較低，反應(yīng)器多為半密封式。

比較各種間接式高溫氟化氫離子氣體反應(yīng)爐，通用電氣公司發(fā)明間接式高溫氟化氫離子氣體反應(yīng)爐因密封欠佳產(chǎn)生致使工作環(huán)境質(zhì)量下降，工業(yè)界接受程度不高；而DAYTON式間接式氟化氫離子氣體清洗爐內(nèi)工藝過程涉及特氟龍的高溫裂解，容易在清洗部件表面積碳，使用范圍受到限制。

綜上所述，所有現(xiàn)存間接式高溫氟化氫離子氣體反應(yīng)爐都有以下四方面重要缺欠:

1、使用的反應(yīng)劑由于或涉及特氟龍的高溫裂解產(chǎn)生部件表面積碳或使用較大量氟化氫銨及設(shè)備密封狀態(tài)差導(dǎo)致工作環(huán)境不良；

2、對反應(yīng)氣體可能產(chǎn)生的泄露未能提供足夠安全保證；

3、未能實現(xiàn)通過清洗氣體壓力變化從提高化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)及保障反應(yīng)氣體活性的角度增加清洗效率的能力；

4、不具備同爐對部件既提供氟化氫離子氣體清洗又提供清洗過程完成后的后續(xù)用高溫真空清除工件表面殘余氟化物的能力。

國內(nèi)在高溫氟化氫離子氣體清洗設(shè)備方面為一紙空白，既沒有直接式也沒有間接式反應(yīng)爐的設(shè)計生產(chǎn)能力。由于引進國外商業(yè)反應(yīng)爐困難，致使航空發(fā)動機及其它各種燃氣輪機渦輪部高/低壓動/靜葉片的深度釬焊/熔焊工作幾乎無法進行，嚴重制約了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

綜上所述，國內(nèi)航空發(fā)動機及其他燃氣輪機深度維修工業(yè)領(lǐng)域急需安全、可靠，國內(nèi)能夠生產(chǎn)，并能既提供高效氟化氫離子氣體清洗又提供清洗過程完成后的后續(xù)清除工件表面殘余氟化物的能力的新型高溫氟化氫離子氣體清洗設(shè)備以填補航空發(fā)動機及燃氣輪機高溫合金關(guān)鍵易損部件深度修復(fù)/再制造領(lǐng)域關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗反應(yīng)劑、工藝及裝置，通過創(chuàng)新清洗反應(yīng)劑以及設(shè)備和工藝，可實現(xiàn)防范反應(yīng)氣體泄露、以及可同時進行高效氟化氫離子氣體清洗以及后續(xù)清除工件表面殘余氟化物的目的，保障使用安全和創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗反應(yīng)劑，其特征在于：由以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)組成復(fù)方反應(yīng)劑。

進一步，所述以固態(tài)CrF₂為主的化合物中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比如下：CrF₂占55-90％,其他氟化鉻占10-45％，其中其他氟化鉻為CrF、CrF₃、CrF₄、CrF₅、CrF₆、(Cr(H₂O)₆)F₃中的一種或幾種的混合。

進一步，所述復(fù)方反應(yīng)劑在高溫(800-1200℃)下同氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，進而氟化氫氣體在高溫(800-1200℃)下通過變壓或恒壓操作有效去除高溫合金部件表面氧化物，上述化學(xué)反應(yīng)由以下化學(xué)反應(yīng)式表達:

6HF_(gas)+Al₂O₃→3H₂O+2AlF_3(gas)

6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2Cr+3F_2(gas)。

一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置，其特征在于：包括密封爐殼及設(shè)于密封爐殼內(nèi)的密封反應(yīng)器，所述密封爐殼為上端開口的腔體結(jié)構(gòu)，且上端開口可通過爐殼密封蓋密封，密封爐殼內(nèi)設(shè)有電加熱爐絲，密封爐殼上設(shè)有爐殼氬氣入口、爐殼排氣口、爐殼進氣口，密封爐殼設(shè)有用于與外部真空泵連接的爐殼真空泵接口，所述密封反應(yīng)器為上端開口的腔體結(jié)構(gòu)，且上端開口可通過反應(yīng)器密封蓋密封，反應(yīng)器密封蓋上設(shè)有反應(yīng)器排氣口和反應(yīng)器氬氣入口，密封反應(yīng)器與密封爐殼內(nèi)腔之間可通過氣體兩通閥連通，密封反應(yīng)器上設(shè)有反應(yīng)器真空泵接口、反應(yīng)器氫氣入口，密封反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于安放清洗反應(yīng)劑和待清洗工件的吊裝裝置。

進一步，吊裝裝置上設(shè)有反應(yīng)劑安放平臺及位于反應(yīng)劑安放平臺上方的待清洗工件安放平臺，反應(yīng)劑安放平臺用于放置清洗反應(yīng)劑，待清洗工件安放平臺用于放置待清洗工件。

進一步，密封爐殼內(nèi)還設(shè)有保溫層，保溫層貼附于電加熱密封爐內(nèi)壁，電加熱爐絲與保溫層接觸。

進一步，吊裝裝置的頭端設(shè)計為吊環(huán)式結(jié)構(gòu)，便于起吊裝置將吊裝裝置從密封反應(yīng)器中吊入和吊出。

一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗工藝，其特征在于應(yīng)用上述裝置進行，所述清洗工藝包括如下步驟：

1)、將密封反應(yīng)器移出爐殼密封爐殼，打開反應(yīng)器密封蓋，取出吊裝裝置；

2)、密封爐殼的上端開口使用爐殼密封蓋加蓋后開始啟動電加熱爐絲進行升溫預(yù)熱；

3)、將復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑和待清洗部件分別安放到吊裝裝置上的反應(yīng)劑安放平臺和待清洗工件安放平臺；

4)、將吊裝裝置放回密封反應(yīng)器；

5)、將密封反應(yīng)器的上端開口使用反應(yīng)器密封蓋密封，然后將反應(yīng)器真空泵接口與真空泵連接，將反應(yīng)器氬氣入口接入氬氣，此時反應(yīng)器排氣口關(guān)閉；

6)、將密封反應(yīng)器抽真空至P1壓力，其中P1≤1torr，后充填氬氣至P2壓力，其中P2＝760torr；

7)、待密封爐殼升溫，預(yù)熱溫度達到T1時，T1為800-1200℃間某溫度點，將充滿氬氣的密封反應(yīng)器放回已預(yù)熱的爐殼，并連接反應(yīng)器真空泵接口、反應(yīng)器氫氣入口、反應(yīng)器排氣口、反應(yīng)器氬氣入口；

8)、使用爐殼密封蓋密封密封爐殼，密封爐殼通過爐殼真空泵接口抽真空至P1壓力，然后通過爐殼氬氣入口充填氬氣至P3壓力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反應(yīng)器內(nèi)溫度升至T2時，T2為400-800℃間某溫度點，通過反應(yīng)器氫氣入口輸入氫氣，打開反應(yīng)器排氣口用氫氣置換氬氣達到P2壓力，繼續(xù)升溫到T1；

10)、開始清洗反應(yīng)循環(huán)計時，在t1時間內(nèi)維持反應(yīng)器溫度T1并保持氫氣持續(xù)流入密封反應(yīng)器，t1＝20分鐘-80分鐘；

11)、啟動真空泵通過爐殼真空泵接口將密封爐殼抽真空至P1壓力；

12)、關(guān)閉與爐殼真空泵接口連接的真空泵；

13)、關(guān)閉反應(yīng)器氫氣入口；

14)、打開氣體兩通閥，引導(dǎo)反應(yīng)器內(nèi)氣體流入密封爐殼內(nèi)真空，對密封反應(yīng)器內(nèi)氣體減壓，直至密封反應(yīng)器內(nèi)外氣體壓力達到平衡壓力P4，P4＝150-600torr；

15)、關(guān)閉氣體兩通閥，打開反應(yīng)器氫氣入口引入新鮮氫氣將密封反應(yīng)器內(nèi)壓力升至P2，結(jié)束第一輪壓力時間清洗循環(huán)，開始第二輪計時循環(huán)計時；

16)、打開密封爐殼上的爐殼氬氣入口，引入氬氣通過爐殼排氣口將密封爐殼內(nèi)的反應(yīng)氣體排除出密封爐殼；

17)、將密封爐殼內(nèi)氬氣升至P3壓力，P3＝775torr，保持爐殼氬氣壓力；

18)、反復(fù)重復(fù)步驟10)至17)以完成后續(xù)清洗循環(huán)，所有壓力-時間循環(huán)期間溫度保持在步驟設(shè)定的清洗反應(yīng)溫度T1不變；

19)、在完成最后一輪清洗循環(huán)后關(guān)閉密封反應(yīng)器的反應(yīng)器氫氣入口，打開密封反應(yīng)器的反應(yīng)器氬氣入口，引入氬氣以氬氣置換反應(yīng)器內(nèi)的氫氣，同時通過密封爐殼將密封反應(yīng)器內(nèi)溫度降至溫度T3，T3為400-800℃間某一溫度點；

20)、當(dāng)密封反應(yīng)器內(nèi)氫氣被排除完畢，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口；

21)、開動真空泵通過爐殼真空泵接口、反應(yīng)器真空泵接將密封反應(yīng)器和密封爐殼內(nèi)壓力降至P5壓力，P5≤100torr；

22)、密封反應(yīng)器在T3溫度、真空P5狀態(tài)下停留t2時間，t2＝20分鐘-60分鐘；

23)、通過密封反應(yīng)器頂部反應(yīng)器氬氣入口注入氬氣至P2，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口；

24)、停止加熱密封爐殼，打開爐殼進氣口將爐殼內(nèi)壓力升至P2，P2＝760torr；

25)、將密封充氬的密封反應(yīng)器移出密封爐殼，使密封反應(yīng)器內(nèi)清洗后的部件在氬氣保護下冷卻至T4溫度，T4≤100℃；

26)、打開密封反應(yīng)器的反應(yīng)器密封蓋，取出清洗后的部件，完成清洗工藝。

進一步，所述復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑(8)由以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)組成復(fù)方反應(yīng)劑。

一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗工藝，其特征在于應(yīng)用上述清洗裝置進行，所述清洗工藝包括如下步驟：

1)、將密封反應(yīng)器移出爐殼密封爐殼，打開反應(yīng)器密封蓋，取出吊裝裝置；

2)、密封爐殼的上端開口使用爐殼密封蓋加蓋后開始啟動電加熱爐絲進行升溫預(yù)熱；

3)、將復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑和待清洗部件分別安放到吊裝裝置上的反應(yīng)劑安放平臺和待清洗工件安放平臺；

4)、將吊裝裝置放回密封反應(yīng)器；

5)、將密封反應(yīng)器的上端開口使用反應(yīng)器密封蓋密封，然后將反應(yīng)器真空泵接口與真空泵連接，將反應(yīng)器氬氣入口接入氬氣，此時反應(yīng)器排氣口關(guān)閉；

6)、將密封反應(yīng)器抽真空至P1壓力，其中P1≤1torr，后充填氬氣至P2壓力，其中P2＝760torr；

7)、待密封爐殼升溫，預(yù)熱溫度達到T1時，T1為800-1200℃間某溫度點，將充滿氬氣的密封反應(yīng)器放回已預(yù)熱的爐殼，并連接反應(yīng)器真空泵接口、反應(yīng)器氫氣入口、反應(yīng)器排氣口、反應(yīng)器氬氣入口；

8)、使用爐殼密封蓋密封密封爐殼，密封爐殼通過爐殼真空泵接口抽真空至P1壓力，然后通過爐殼氬氣入口充填氬氣至P3壓力并保持，其中P3＝775torr；

9)、待密封反應(yīng)器內(nèi)溫度升至T2時，T2為400-800℃間某溫度點，通過反應(yīng)器氫氣入口輸入氫氣，打開反應(yīng)器排氣口用氫氣置換氬氣達到P2壓力，繼續(xù)升溫到T1；

10)、開始清洗反應(yīng)循環(huán)計時，在t1時間內(nèi)維持反應(yīng)器溫度T1并保持氫氣持續(xù)流入密封反應(yīng)器，維持P2和P3壓力，t1＝120-1000分鐘；

11)、在完成清洗循環(huán)后關(guān)閉密封反應(yīng)器的反應(yīng)器氫氣入口，打開密封反應(yīng)器的反應(yīng)器氬氣入口，引入氬氣以氬氣置換反應(yīng)器內(nèi)的氫氣，同時通過密封爐殼將密封反應(yīng)器內(nèi)溫度降至溫度T3，T3為400-800℃間某一溫度點；

12)、當(dāng)密封反應(yīng)器內(nèi)氫氣被排除完畢，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口；

13)、開動真空泵通過爐殼真空泵接口、反應(yīng)器真空泵接將密封反應(yīng)器和密封爐殼內(nèi)壓力降至P5壓力，P5≤100torr；

14)、反應(yīng)器在T3溫度，真空P5狀態(tài)下停留t2時間，t2＝20分鐘-60分鐘；

15)、通過密封反應(yīng)器頂部反應(yīng)器氬氣入口注入氬氣至P2，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口；

16)、停止加熱密封爐殼，打開爐殼進氣口將爐殼內(nèi)壓力升至P2壓力；

17)、將密封充氬的密封反應(yīng)器移出密封爐殼，使密封反應(yīng)器內(nèi)清洗后的部件在氬氣保護下冷卻至T4溫度，T4≤100℃；

18)、打開密封反應(yīng)器的反應(yīng)器密封蓋，取出清洗后的部件，完成清洗工藝。

進一步，所述復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑(8)由以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)組成復(fù)方反應(yīng)劑。

本發(fā)明使用的復(fù)方反應(yīng)劑既避免了使用特氟龍可能造成的清洗部件表面積碳問題，又能有效降低氟化氫銨的使用量；所述清洗裝置通過復(fù)方反應(yīng)劑在高溫下同氫氣反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體并具有使氣體壓力在一定幅度內(nèi)變化的能力，以此方式增加氟化氫離子氣體同清洗部件表面氧化物的化學(xué)反應(yīng)效率，達到高效去除高溫合金部件表面氧化物的目標；該清洗工藝將復(fù)方反應(yīng)劑和待清洗的高溫合金部件分別置于反應(yīng)器內(nèi)，通過涉及真空、氬氣、氫氣、溫度、時間、壓力等工藝變量的操作控制達到有效去除部件表面氧化物的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—密封爐殼，2—保溫層，3—電加熱爐絲，4—爐殼真空泵接口，5—密封反應(yīng)器，6—反應(yīng)器真空泵接口，7—反應(yīng)器氫氣入口，8—復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑，9—吊裝裝置，10—反應(yīng)劑安放平臺，11—爐殼密封蓋，12—爐殼氬氣入口，13—反應(yīng)器密封蓋，14—反應(yīng)器排氣口，15—反應(yīng)器氬氣入口，16—高溫合金部件，17—氣體兩通閥，18—爐殼排氣口，19—爐殼進氣口，20—待清洗工件安放平臺。

具體實施方式

本發(fā)明涉及與新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗技術(shù)相關(guān)的清洗劑使用、清洗過程相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，清洗工藝及其相應(yīng)的清洗設(shè)備等諸方面技術(shù)內(nèi)容。下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

本發(fā)明提供一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗反應(yīng)劑，由以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)組成復(fù)方反應(yīng)劑。此復(fù)方反應(yīng)劑的選擇既避免了使用特氟龍可能造成的清洗部件表面積碳問題又能有效降低氟化氫銨的使用量，其中所述以固態(tài)CrF₂為主的化合物中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比如下：CrF₂占55-90％,其他氟化鉻占10-45％，其中其他氟化鉻為CrF、CrF₃、CrF₄、CrF₅、CrF₆、(Cr(H₂O)₆)F₃中的一種或幾種的混合。

本發(fā)明還提供一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗工藝，使用以固態(tài)金屬氟化物CrF₂為主的化合物，金屬Cr及固態(tài)氟化氫銨三種反應(yīng)劑組成復(fù)方反應(yīng)劑，反應(yīng)劑在密封高溫反應(yīng)器內(nèi)同氫氣反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，并經(jīng)由所產(chǎn)生的氟化氫氣體清除部件表面的氧化物，以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比(3.0-20.0):(80.0-97.0):(0.3-3.0)混合組成所述復(fù)方反應(yīng)劑。

復(fù)方反應(yīng)劑在高溫下同氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體，進而氟化氫氣體在高溫(400-800℃)下通過變壓或恒壓操作有效去除高溫合金部件表面氧化物，上述化學(xué)反應(yīng)可由以下化學(xué)反應(yīng)式表達:

6HF_(gas)+Al₂O₃→3H₂O+2AlF_3(gas)

6HF_(gas)+Cr₂O₃→3H₂O+2Cr+3F_2(gas)

如圖1所示，本發(fā)明實施例還提供一種新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置，該裝置通過復(fù)方反應(yīng)劑在高溫下同氫氣反應(yīng)產(chǎn)生氟化氫氣體并具有使氣體壓力在一定幅度內(nèi)變化的能力，以此方式增加氟化氫離子氣體同清洗部件表面氧化物的化學(xué)反應(yīng)效率，達到高效去除高溫合金部件表面氧化物的目標。

所述裝置包括密封爐殼1及設(shè)于密封爐殼1內(nèi)的密封反應(yīng)器5，部件清洗過程包括將復(fù)方反應(yīng)劑和待清洗的高溫合金部件分別置于反應(yīng)器內(nèi)，通過涉及真空、氬氣、氫氣、溫度、時間、壓力等工藝變量的操作控制達到有效去除部件表面氧化物的目的。

所述密封爐殼1為上端開口的腔體結(jié)構(gòu)，且上端開口可通過爐殼密封蓋11密封，密封爐殼1內(nèi)設(shè)有保溫層2和電加熱爐絲3，保溫層2貼附于電加熱密封爐內(nèi)壁，電加熱爐絲3可與保溫層2接觸。密封爐殼1上設(shè)有爐殼氬氣入口12、爐殼排氣口18、爐殼進氣口19，密封爐殼1底壁設(shè)有爐殼真空泵接口4，用于與外部真空泵連接。

所述密封反應(yīng)器5為上端開口的腔體結(jié)構(gòu)，且上端開口可通過反應(yīng)器密封蓋13密封，反應(yīng)器密封蓋13上設(shè)有反應(yīng)器排氣口14和反應(yīng)器氬氣入口15，密封反應(yīng)器5與密封爐殼1內(nèi)腔之間可通過氣體兩通閥17連通，密封反應(yīng)器5底壁設(shè)有反應(yīng)器真空泵接口6和反應(yīng)器氫氣入口7。

密封反應(yīng)器5內(nèi)設(shè)有吊裝裝置9，吊裝裝置9上設(shè)有反應(yīng)劑安放平臺10及位于反應(yīng)劑安放平臺10上方的待清洗工件安放平臺20，反應(yīng)劑安放平臺10用于放置上述清洗反應(yīng)劑，待清洗工件安放平臺20用于放置待清洗工件16(例如渦輪導(dǎo)向靜葉片、動葉片等)。吊裝裝置9的頭端可設(shè)為吊環(huán)式結(jié)構(gòu)，便于起吊裝置將吊裝裝置9從密封反應(yīng)器5中吊入和吊出。

本發(fā)明包含提供新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗工藝，其運用到上述清洗反應(yīng)劑和清洗裝置，其中一種工藝為交變壓力氣相清洗工藝，其中一個實施例的具體步驟如下：

1、將密封反應(yīng)器5移出爐殼密封爐殼1，打開反應(yīng)器密封蓋13，取出吊裝裝置9；

2、密封爐殼1的上端開口使用爐殼密封蓋11加蓋后開始啟動電加熱爐絲3進行升溫預(yù)熱；

3、將復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑8和待清洗部件16分別安放到吊裝裝置9各自的反應(yīng)劑安放平臺10和待清洗工件安放平臺20，復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑8中以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比15:84:1混合，其中以固態(tài)CrF₂為主的化合物中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比如下：65％CrF₂，3％CrF，15％CrF₃，7％CrF₄，2％CrF₅，2％CrF₆，剩余為(Cr(H₂O)₆)F₃；

4、將吊裝裝置9放回密封反應(yīng)器5；

5、將密封反應(yīng)器5的上端開口使用反應(yīng)器密封蓋13密封，然后將反應(yīng)器真空泵接口6與真空泵連接，將反應(yīng)器氬氣入口15接入氬氣，此時反應(yīng)器排氣口14關(guān)閉；

6、將密封反應(yīng)器5抽真空至P1壓力，其中P1≤1torr，后充填氬氣至P2壓力，其中P2＝760torr；

7、待密封爐殼1升溫，預(yù)熱溫度達到T1時，T1為875℃，將充滿氬氣的密封反應(yīng)器5放回已預(yù)熱的爐殼1，并連接反應(yīng)器真空泵接口6、反應(yīng)器氫氣入口7、反應(yīng)器排氣口14、反應(yīng)器氬氣入口15；

8、使用爐殼密封蓋11密封密封爐殼1，密封爐殼1通過爐殼真空泵接口4抽真空至P1壓力(P1≤1torr)，然后通過爐殼氬氣入口12充填氬氣至P3壓力并保持，其中P3＝775torr；

9、待密封反應(yīng)器5內(nèi)溫度升至T2時，T2為450℃通過反應(yīng)器氫氣入口7輸入氫氣，打開反應(yīng)器排氣口14用氫氣置換氬氣達到P2壓力(P2＝760torr)，繼續(xù)升溫到T1；

10、開始清洗反應(yīng)循環(huán)計時，在t1時間內(nèi)維持反應(yīng)器溫度T1并保持氫氣持續(xù)流入密封反應(yīng)器5，t1＝40分鐘；

11、啟動真空泵通過爐殼真空泵接口4將密封爐殼1抽真空至P1壓力(P1≤1torr)

12、關(guān)閉與爐殼真空泵接口4連接的真空泵；

13、關(guān)閉反應(yīng)器氫氣入口7；

14、打開氣體兩通閥17，引導(dǎo)反應(yīng)器內(nèi)氣體流入密封爐殼1內(nèi)真空，對密封反應(yīng)器5內(nèi)氣體減壓，直至密封反應(yīng)器5內(nèi)外氣體壓力達到平衡壓力P4(平衡壓取決于密封反應(yīng)器5內(nèi)及密封反應(yīng)器5與密封爐殼1間空間大小，P4＝200torr)；

15、關(guān)閉氣體兩通閥17，打開反應(yīng)器氫氣入口7引入新鮮氫氣將密封反應(yīng)器5內(nèi)壓力升至P2(760torr)，結(jié)束第一輪壓力時間清洗循環(huán)，開始第二輪計時循環(huán)計時；

16、同時打開密封爐殼1上的爐殼氬氣入口12，引入氬氣通過爐殼排氣口18將密封爐殼1內(nèi)的反應(yīng)氣體排除出密封爐殼1；

17、將密封爐殼1內(nèi)氬氣升至P3壓力，P3＝775torr，保持爐殼氬氣壓力；

18、反復(fù)重復(fù)步驟10至17以完成后續(xù)清洗循環(huán)，所有壓力-時間循環(huán)期間溫度保持在步驟9設(shè)定的清洗反應(yīng)溫度T1不變；

19、在完成最后一輪清洗循環(huán)后關(guān)閉密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器氫氣入口7，打開密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器氬氣入口15，引入氬氣以氬氣置換反應(yīng)器內(nèi)的氫氣，同時通過密封爐殼1將密封反應(yīng)器5內(nèi)溫度降至溫度T3，T3為550℃；

20、當(dāng)密封反應(yīng)器5內(nèi)氫氣被排除完畢(用氫探測器)，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口15；

21、開動真空泵通過爐殼真空泵接口4、反應(yīng)器真空泵接6將密封反應(yīng)器5和密封爐殼內(nèi)壓力降至P5壓力，P5≤100torr；

22、密封反應(yīng)器在T3溫度、真空P5狀態(tài)下停留t2時間(t2＝50分鐘)；

23、通過密封反應(yīng)器5頂部反應(yīng)器氬氣入口15注入氬氣至P2，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口15；

24、停止加熱密封爐殼1，打開爐殼進氣口19將爐殼內(nèi)壓力升至P2(P2＝760torr)；

25、將密封充氬的密封反應(yīng)器5移出密封爐殼1，使密封反應(yīng)器5內(nèi)清洗后的部件在氬氣保護下冷卻至T4溫度，T4≤100℃；

26、打開密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器密封蓋，取出清洗后的部件，完成清洗工藝，總清洗時間為480分鐘。

根據(jù)上述國外設(shè)備優(yōu)缺點分析，新型交變壓壓力間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置及清洗工藝技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)了下述三項現(xiàn)有國外間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置不具備的功能:

1、本發(fā)明具有通過反應(yīng)器內(nèi)氫氣壓力的波動和新鮮氫氣輸入量變化操作增強反應(yīng)氣體流動保證反應(yīng)器反應(yīng)氣體活性的能力從而提高清洗效率,減短清洗時間并增強清洗工藝對去除部件表面熱疲勞裂紋內(nèi)殘余氧化物的能力；

2、本發(fā)明實現(xiàn)了同爐氟化氫氣態(tài)清洗及清洗后去除工件表面殘余氟化物的真空熱處理的功能；

3、本發(fā)明工作狀態(tài)下的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)氣體的壓力低于爐殼內(nèi)氬氣壓力，故具備高度防范反應(yīng)氣體泄露能力，能確保使用安全和創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

上述交變壓力氣相清洗工藝能提高清洗效率，但操作工藝步驟比較復(fù)雜，所述新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗清洗設(shè)備也可以用來實現(xiàn)相對簡單的恒壓氣相清洗工藝，其中一實施例的步驟具體如下:

1、將密封反應(yīng)器5移出爐殼密封爐殼1，打開反應(yīng)器密封蓋，取出吊裝裝置9；

2、密封爐殼1的上端開口使用爐殼密封蓋11加蓋后開始啟動電加熱爐絲3進行升溫預(yù)熱；

3、將復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑8和待清洗部件16分別安放到吊裝裝置9各自的反應(yīng)劑安放平臺10和待清洗工件安放平臺20，復(fù)方氟化氫氣體反應(yīng)劑8中以固態(tài)CrF₂為主的化合物、金屬Cr以及固態(tài)氟化氫銨按照質(zhì)量比12:86.5:1.5混合，所述以固態(tài)CrF2為主的化合物中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比如下：75％CrF₂，2％CrF，10％CrF₃，5％CrF₄，2％CrF₅，1％CrF₆，剩余為(Cr(H₂O)₆)F₃；

4、將吊裝裝置9放回密封反應(yīng)器5；

5、將密封反應(yīng)器5的上端開口使用反應(yīng)器密封蓋13密封，然后將反應(yīng)器真空泵接口6與真空泵連接，將反應(yīng)器氬氣入口15接入氬氣，此時反應(yīng)器排氣口14關(guān)閉；

6、將密封反應(yīng)器5抽真空至低于P1壓力，其中P1＝1torr，后充填氬氣至P2壓力，其中P2＝760torr；

7、待密封爐殼1升溫，預(yù)熱溫度達到T1時，T1為915℃，將充滿氬氣的密封反應(yīng)器5放回已預(yù)熱的密封爐殼1，并連接反應(yīng)器真空泵接口6、反應(yīng)器氫氣入口7、反應(yīng)器排氣口14、反應(yīng)器氬氣入口15；

8、使用爐殼密封蓋11密封密封爐殼1，密封爐殼1通過爐殼真空泵接口4抽真空至P1壓力(P1≤1torr)，然后通過爐殼氬氣入口12充填氬氣至P3壓力并保持，其中P3＝775torr；

9、待密封反應(yīng)器5內(nèi)溫度升至T2時，T2為500℃通過反應(yīng)器氫氣入口7輸入氫氣，打開反應(yīng)器排氣口14用氫氣置換氬氣達到P2壓力(P2＝760torr)，繼續(xù)升溫到T1；

10、開始清洗反應(yīng)循環(huán)計時，在t1時間內(nèi)維持反應(yīng)器溫度T1并保持氫氣持續(xù)流入密封反應(yīng)器5，維持P2和P3壓力，t1＝600分鐘；

11、在完成清洗循環(huán)后關(guān)閉密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器氫氣入口7，打開密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器氬氣入口，引入氬氣以氬氣置換反應(yīng)器內(nèi)的氫氣，同時通過密封爐殼將密封反應(yīng)器內(nèi)溫度降至溫度T3，T3為600℃；

12、當(dāng)密封反應(yīng)器5內(nèi)氫氣被排除完畢(用氫探測器)，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口；

13、開動真空泵通過爐殼真空泵接口4、反應(yīng)器真空泵接6將密封反應(yīng)器5和密封爐殼內(nèi)壓力降至P5壓力，P5≤100torr；

14、反應(yīng)器在T3溫度，真空P5狀態(tài)下停留t2時間(t2＝50分鐘)

15、通過密封反應(yīng)器5頂部反應(yīng)器氬氣入口15注入氬氣至P2，關(guān)閉反應(yīng)器氬氣入口15；

16、停止加熱密封爐殼1，打開爐殼進氣口19將爐殼內(nèi)壓力升至P2(P2＝760torr)；

17、將密封充氬的密封反應(yīng)器5移出密封爐殼1，使密封反應(yīng)器5內(nèi)清洗后的部件在氬氣保護下冷卻至T4溫度，T4≤100℃；

18、打開密封反應(yīng)器5的反應(yīng)器密封蓋，取出清洗后的部件，完成清洗工藝，總清洗時間為700分鐘。

使用新型間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置及恒壓清洗工藝實現(xiàn)了下述兩項現(xiàn)有國外間接式高溫氟化氫離子氣體清洗裝置不具備的功能:

1、新設(shè)備實現(xiàn)了同爐氟化氫氣態(tài)清洗及清洗后去除工件表面殘余氟化物的真空熱處理的功能；

2、新設(shè)備工作狀態(tài)下的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)氣體的壓力低于爐殼內(nèi)氬氣壓力，故具備高度防范反應(yīng)氣體泄露能力，能確保使用安全和創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。