中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
针对目前带热障涂层(TBC)叶片的难加工问题, 开展了皮秒激光加工热障涂层的试验。试验分别在三种扫描速度下(50 mm/s, 150 mm/s, 250 mm/s)使用不同单脉冲能量加工热障涂层。发现随着扫描速度的增大, 材料出现缺陷对应的最小单脉冲能量分别为120 μs, 280 μs和400 μs; 随着脉冲能量的增大, 热障涂层出现裂纹、崩边及脱落等缺陷越多。通过面积外延法, 计算三种扫描速度下多脉冲烧蚀阈值分别为1.17 J/cm2、2.72 J/cm2和4.45 J/cm2, 随着激光扫描速度的提高, 烧蚀阈值也随之增大。小脉冲能量去除热障涂层主要以雪崩电离为主, 当以较大脉冲能量去除时主要以多光子吸收为主, 当脉冲能量远大于烧蚀阈值时会在加工区域产生烧蚀潜热, 在材料加工区域边缘处因产生应力集中出现微裂纹、崩块和整块脱落的缺陷。
热障涂层 皮秒激光 脉冲能量 扫描速度 烧蚀阈值 thermal barrier coatings picosecond laser laser pulse energy scanningspeed ablation threshold
采用半导体激光熔覆技术与等离子喷涂相结合的方法,在1Cr13不锈钢基体表面制备了CoCrTaAlY/YSZ热障涂层,然后采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分别对涂层的微观组织、成分分布及物相进行表征。结果表明:YSZ涂层的物相主要由ZrO2的立方晶相(c-ZrO2)、正方晶相(t-ZrO2)及少量单斜相(m-ZrO2)组成;黏结层具有典型的快速熔凝组织特征,与基体实现了冶金结合。对涂层的抗高温氧化机理、热震性能及其失效行为进行研究后发现:Al2O3氧化膜的形成能阻止O元素扩散,使涂层的抗高温氧化性能约为基体的4.1倍(YSZ涂层氧化累积增重仅为0.08 g·cm
-2);YSZ涂层在900 ℃下热震20次后开始出现裂纹,且裂纹随热震次数增加逐渐变大,热震30次时试样完全断裂。
激光技术 激光熔覆 热障涂层 高温氧化 热震性能 显微组织
1 铜陵学院机械工程学院, 安徽 铜陵 244000
2 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
激光重熔是常用的一种提高等离子喷涂双层结构热障涂层性能的方法。综述了国内外相关研究进展, 主要从重熔工艺的角度介绍了其主要制备技术, 常规激光重熔强化, 激光重熔分步强化和激光重熔一步强化加工方法。阐述了激光重熔等离子喷涂热障涂层存在的主要问题, 同时指出了解决的主要措施, 最后对其主要发展趋势进行了讨论。
激光重熔 等离子喷涂 热障涂层 研究现状 发展趋势 laser remelting plasma spraying thermal barrier coatings research status development trends
南京理工大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210094
为了提高航空发动机热端部件的热障涂层(TBCs)与基体的结合强度、延长涂层使用寿命,利用激光快速成型技术在高温合金基体上制备了网状结构的衬垫,用等离子喷涂法制备了陶瓷涂层,并通过实验比较该陶瓷涂层与传统两层结构涂层的抗热震性能。基于热弹塑性力学理论,建立了二维有限元数值模型,分析了热震中网状衬垫对热障涂层应力分布的影响。结果表明,传统两层结构与具有网状衬垫的热障涂层分别在经历45和111次热震后失效,且由于陶瓷层和粘结层之间生长的热氧化层(TGO),边缘位置的陶瓷层均发生剥落。数值分析结果表明,网状衬垫的加入使得涂层边界区域的应力集中得到改善,涂层剥落被有效抑制,从而使得热障涂层抗热震性能提高。
激光技术 热障涂层 网状结构 激光快速成型 抗热震性 失效机理 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021412
1 天津工业大学 激光技术研究所, 天津 300387
2 中国北方发动机研究所(天津), 天津 300400
为了改善基体与陶瓷涂层物理相容性, 利用半导体激光熔覆技术在不锈钢基体表面制备了CoCrTaAlY涂层作为热障涂层粘结层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对CoCrTaAlY涂层的组织、物相和成份等进行分析。结果表明, 当激光功率不变时, 随着扫描速度的增加, 熔覆层厚度和宽度降低而形状系数和润湿角增加; 当扫描速度不变时, 随着激光能量密度的增加, 熔覆层厚度和宽度增加而形状系数和润湿角降低; 熔覆层主要由γ/γ’-(Fe,Al)与颗粒状析出物M(Ta,Si)C组成; 随着温度梯度和冷却速度的增加, 熔覆层内胞状晶转变成树枝晶, 继而生成等轴枝晶。
激光熔覆 热障涂层 CoCrTaAlY涂层 显微组织 laser cladding thermal barrier coatings CoCrTaAlY coatings Microstructure
西安交通大学理学院物质非平衡合成与调控教育部重点实验室, 陕西 西安 710049
实验对大气等离子喷涂方法制备的氧化钇部分稳定氧化锆(Yttria partially stabilized zirconium, YPSZ)热障涂层的表面进行激光重熔和激光修饰处理, 着重考察了在两种不同激光能量条件下,YPSZ陶瓷表层的显微结构和热障涂层系统的高温氧化行为。结果显示, 激光处理使得原本相对粗糙的表面变得光滑致密, 陶瓷层裂纹数量减少: 激光重熔的样品出现网状裂纹, 并从表面纵深至陶瓷层底部; 激光修饰一定程度上保持了初始样品的层状组织。在恒温氧化过程中, 经过激光处理的样品热生长氧化层(Thermally Grown Oxide, TGO)变得连续而致密。循环氧化增重的结果表明, 激光处理使得样品氧化增重减少, 而其中激光修饰的样品表现出更佳的抗氧化性能。
激光修饰 激光重熔 热障涂层 热生长氧化层 laser treatment laser remelting thermal barrier coatings TGO
中国科学院,力学研究所,非线性力学国家重点实验室,北京,100080
针对激光辐照热障涂层材料的平面应变问题,提出热障涂层热弹性分析的基本方程,对定常温度场给出级数形式解析解,并用最小余能原理和变分法分析了结构的热弹性应力场,研究了最大应力和界面应力的分布特征,并就一些物理参数的影响进行了讨论.结果表明,热障涂层的主要破坏因素为表面拉伸应力,界面应力相对较小,但在自由边界有集中现象,剥落应力大于剪切应力,是导致涂层破坏的重要原因.涂层厚度增加会改变厚度方向上的应力分布,界面应力向中心集中.
热障涂层 激光 热应力 最小余能原理 Laser Thermal barrier coatings（TBC） Thermal stress Variational principle of complementary energy 强激光与粒子束
2004, 16(11): 1397
