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解決方案

激光熔覆在航空工業(yè)中的應(yīng)用案例

cici 來(lái)源:光電子中國(guó)博覽會(huì)2018-05-09 我要評(píng)論(0 )   

現(xiàn)代飛機(jī)制造中大量使用鈦合金和鋁合金,例如美國(guó)的第四代戰(zhàn)機(jī)F-22機(jī)體鈦合金的使用量已達(dá)到41%,而美國(guó)先進(jìn)的V2500發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金

 現(xiàn)代飛機(jī)制造中大量使用鈦合金和鋁合金,例如美國(guó)的第四代戰(zhàn)機(jī)F-22機(jī)體鈦合金的使用量已達(dá)到41%,而美國(guó)先進(jìn)的V2500發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金的用量也達(dá)到了30%左右。鈦及鈦合金具有高比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕、良好的耐高溫性能,可以減輕機(jī)體重量、提高推重比。鈦合金的缺點(diǎn)是硬度低、耐磨性差。純鈦的硬度為150~200HV,鈦合金通常不超過(guò)350HV。在很多情況下,由于鈦及鈦合金表面會(huì)生成一層致密的氧化膜從而起到防腐蝕的作用,但是在氧化膜破裂、環(huán)境惡劣或發(fā)生縫隙腐蝕時(shí),鈦合金的耐腐蝕性能將大大降低。

 

2000年首飛的美國(guó)F-35戰(zhàn)機(jī)上鋁合金總用量在30%以上。但是鋁合金的強(qiáng)度不夠高,使用時(shí)易生產(chǎn)塑性變形,特別是鋁合金表面硬度低、耐磨性很差,在某種程度上制約了它的應(yīng)用。

 

 

經(jīng)過(guò)激光熔覆的鈦合金表面顯微硬度為800-3000HV。用激光熔覆技術(shù)對(duì)鋁合金表面進(jìn)行表面強(qiáng)化是解決鋁合金表面耐磨性差、易塑性變形等問(wèn)題的有效方法。與其他表面強(qiáng)化方法相比,該方法強(qiáng)化層與鋁基體之間具有冶金結(jié)合特點(diǎn),結(jié)合強(qiáng)度高。熔覆層的厚度達(dá)到1~3mm,組織非常細(xì)小,熔覆層的硬度高、耐磨性好,并具有較強(qiáng)的承載能力,從而避免了軟基體與強(qiáng)化層之間應(yīng)變不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂紋。另外,在鈦合金、鋁合金表面熔覆高性能的陶瓷涂層,材料的耐磨性、耐高溫性能等可以得到大幅度提高。

 

 

近年來(lái),向高流量比、高推重比、高進(jìn)口溫度的方向發(fā)展,燃燒室的燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Σ粩嗵岣撸畿娪蔑w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已達(dá)1800℃,燃燒室溫度達(dá)到2000℃~2200℃,這樣高的溫度已超過(guò)現(xiàn)有高溫合金的熔點(diǎn)。除了改進(jìn)冷卻技術(shù)外,在高溫合金熱端部件表面制備熱障涂層(Thermal Bamer Coating,TBCs)也是很有效的手段,它可達(dá)到1700℃或更高的隔熱效果,以滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)降低溫度梯度、熱誘導(dǎo)應(yīng)力和基體材料服役穩(wěn)定性的要求。20世紀(jì)70年代陶瓷熱障涂層(TBCs)被成功用于J-75型燃?xì)廨啓C(jī)葉片,世界各國(guó)投入巨資對(duì)其從材料到制備工藝展開(kāi)了深入的研究。

 

20世紀(jì)80年代以來(lái),在材料表面激光熔覆陶瓷層獲得了致密的柱體晶組織,提高了應(yīng)變?nèi)菹?;致密、均勻的激光重熔組織以及較低的氣孔率可降低粘結(jié)層的氧化率,阻止腐蝕介質(zhì)的滲透??衫么蠊β始す馄髦苯虞椛涮沾苫蚪饘俜勰瑢⑵淙刍笤诮饘俦砻嫘纬梢苯鸾Y(jié)合,得到垂直于表面的柱狀晶組織。由于熔覆層凝固的次序由表到里,表層組織相對(duì)細(xì)小,這樣的結(jié)構(gòu)有利于緩和熱應(yīng)力,例如用激光熔敷方法得到了8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(YPSZ)熱障涂層。也可將混合均勻的粉末置于基體上,利用大功率激光器輻射混合粉末,通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率、光斑尺寸和掃描速度使粉末熔化良好、形成熔池,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過(guò)改變成分向熔池中不斷加入合金粉末,重復(fù)上述過(guò)程,即可獲得梯度涂層。

 

關(guān)鍵部件表面通過(guò)激光熔覆超耐磨抗蝕合金,可以在零部件表面不變形的情況下提高零部件的使用壽命、縮短制造周期。激光熔覆生產(chǎn)的熱障涂層有良好的隔熱效果,可以滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)降低溫度梯度、熱誘導(dǎo)應(yīng)力和基體材料服役穩(wěn)定的要求。

 

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激光熔覆航空工業(yè)
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