应用激光, 2020, 40 (1): 79, 网络出版: 2020-05-27  

皮秒激光加工热障涂层试验研究

Experimental Study on Picosecond Laser Processing Thermal Barrier Coating
作者单位
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
摘要
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。
Abstract
For the problem of remove with thermal barrier coating (TBC) at present, the picosecond laser machining thermal barrier coating has been studied. The separation ablation experiment is carried out with different laser scanning speed (50 mm/s,150 mm/s,250 mm/s). With the increase of scanning speed, the material destroyed of minimum single pulse energy are 120, 280 and 400. With the increase of pulse energy, the defects such as crack, edge collapse and shedding increase. The multi pulse ablation thresholdare 1.17 J/cm2、2.72 J/cm2 and 4.45 J/cm2 of three speeds by the straightline fitting method. With the increase of scanning speed, the pulse ablation threshold also increase. The TBC removed is main avalanche ionization by small pulse energy and removed is multiphoton absorption by large pulse energy. When the pulse energy far greater than the ablation threshold, the processing area has ablative latent heat. There are crack, edge collapse and shedding in the hole wall because of the residual stress.
参考文献

[1] 蔡敏, 张晓兵, 张伟, 等.超快激光加工斜孔对热障涂层热循环剥落失效的影响[J]. 航空制造技术, 2018, 61(17): 38-41.

    蔡敏, 张晓兵, 张伟, 等.超快激光加工斜孔对热障涂层热循环剥落失效的影响[J]. 航空制造技术, 2018, 61(17): 38-41.

[2] 张文武, 郭春海, 张天润, 等.涡轮叶片先进气膜冷却与相关激光打孔技术进展[J].航空制造技术, 2016(22): 26-31.

    张文武, 郭春海, 张天润, 等.涡轮叶片先进气膜冷却与相关激光打孔技术进展[J].航空制造技术, 2016(22): 26-31.

[3] 孙瑞峰, 张晓兵, 曹文斌, 等. 带热障涂层镍基单晶高温合金的激光制孔研究[J].稀有金属材料与工程, 2014, 43(5): 1193-1198.

    孙瑞峰, 张晓兵, 曹文斌, 等. 带热障涂层镍基单晶高温合金的激光制孔研究[J].稀有金属材料与工程, 2014, 43(5): 1193-1198.

[4] 纪亮, 张晓兵, 张伟, 等.DD6镍基单晶合金的纳秒及皮秒激光烧蚀和制孔研究[J]. 应用激光, 2014, 34(6): 551-556.

    纪亮, 张晓兵, 张伟, 等.DD6镍基单晶合金的纳秒及皮秒激光烧蚀和制孔研究[J]. 应用激光, 2014, 34(6): 551-556.

[5] 张学谦, 邢松龄, 刘磊, 等.带热障涂层的高温合金飞秒激光旋切打孔[J].中国激光, 2017, 44(1): 123-128.

    张学谦, 邢松龄, 刘磊, 等.带热障涂层的高温合金飞秒激光旋切打孔[J].中国激光, 2017, 44(1): 123-128.

[6] 宋佳楠, 李少林, 齐红宇, 等.热障涂层失效行为与寿命预测研究进展[J].航空制造技术, 2019, 62(3): 34-40.

    宋佳楠, 李少林, 齐红宇, 等.热障涂层失效行为与寿命预测研究进展[J].航空制造技术, 2019, 62(3): 34-40.

[7] 贾志新, 黄金刚, 高坚强, 等.Al2O3陶瓷激光切割工艺研究[J].电加工与模具, 2017(1): 39-42.

    贾志新, 黄金刚, 高坚强, 等.Al2O3陶瓷激光切割工艺研究[J].电加工与模具, 2017(1): 39-42.

[8] PECHOLT B, VENDAN M, DONG Y, et al.Ultrafast laser micromachining of 3C-SiC thin films for MEMS device fabrication[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, 2008, 39(3-4): 239-250.

    PECHOLT B, VENDAN M, DONG Y, et al.Ultrafast laser micromachining of 3C-SiC thin films for MEMS device fabrication[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY, 2008, 39(3-4): 239-250.

[9] DONG Y, MOLIAN P. Femtosecond pulsed laser ablation of 3CSiC thin film on silicon[J]. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2003, 77(6): 839-846.

    DONG Y, MOLIAN P. Femtosecond pulsed laser ablation of 3CSiC thin film on silicon[J]. Applied Physics A: Materials Science & Processing, 2003, 77(6): 839-846.

[10] 郑卜祥, 姜歌东, 王文君, 等. 超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理[J].西安交通大学学报, 2014, 48(12): 21-28.

    郑卜祥, 姜歌东, 王文君, 等. 超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理[J].西安交通大学学报, 2014, 48(12): 21-28.

毛忠, 张晓兵, 李元成, 张伟, 蔡敏, 纪亮. 皮秒激光加工热障涂层试验研究[J]. 应用激光, 2020, 40(1): 79. Mao Zhong, Zhang Xiaobing, Li Yuanchen, Zhang Wei, Cai Min, Ji Liang. Experimental Study on Picosecond Laser Processing Thermal Barrier Coating[J]. APPLIED LASER, 2020, 40(1): 79.

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!