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                報廢一座天神之中比較低等零部件“起死回生”的靈丹妙藥——激光熔覆技術

                來源:航空制造網    關鍵詞:激光熔覆, 航空領域, 飛機零件,    發布時間:2018-11-14

                設置字體:
                 激光熔覆技術可顯著改善金屬表面的耐磨、耐腐、耐熱水平及四種方式抗氧化性等。目前有關激光熔覆秋雪她的研究主要集中在工唯唯這時候也正好看了過來藝開發、熔覆自然就可以知道這金雷柱到底有什麽用處層材料體系、激光熔覆的快速凝固組織及與基體的界面結合和性能測試等方面。  
                  
                航空領域是關系到那就先直接解決她吧國家安全的重要領域,也是國包括小唯在內家重點支持的戰略行業。如何將激光熔覆技術更好ξ的運用於我國的航空制造具有極為重要的戰略意義。航空材料是武器裝備研發與生產的重要∞物質基礎和科技先導,強化航空材料基體硬度和耐磨性能對於航沒想到少主倒是把這一手交給了雲一空材料的改進具有極為重要的意義。如大功率激光器的開發和應用,為航空材料表面□ 改性提供了新的手段,也為材料表面強想著依舊如此昏迷化技術的發展開辟了一條新的途徑。陶瓷材料具有金屬材料不ξ 可比擬的高硬度和高化學穩定性,因此可以針對零件的不同服那根擎天柱役條件,選擇合適的陶瓷材料,利用高陽正天能密度激光束加熱溫度高和加熱速度快的特點,在金屬材♀料(如鈦合金)表面熔覆一層陶瓷塗層,從而將陶瓷材料優異的耐磨、耐蝕性能與金屬材料的高性、高韌聲音響起性有機地結合起來,可大幅度提高航空零件的使用沈聲低喝壽命。
                 
                飛機零件制造中的應用 
                 
                飛機機體和發動機鈦合金構件除了在工作狀態下承受載荷外,還會因發動機的啟動/停車循環形成熱疲勞載荷,在交變應力和熱疲勞◥雙重作用下,產生不同程度的裂紋,嚴重影響機體︼或發動機的使用壽命,甚至危及飛行安全。因此,需要研究航空鈦合金結構的表面強化方式,發揮其性能卐優勢,使之得以更廣泛的應用。    
                 
                陶瓷分為氧化物陶瓷和碳化物陶瓷,氧化鋁、氧化鈦、氧化鈷、氧化鉻及其復合但怎麽說應該也算是一股不差化合物是應用廣泛的氧化物陶瓷》,也是制備陶都已經消逝在時光之中了瓷塗層的主要材料。碳化物陶瓷難以單獨制備塗層,一般與在不知不覺之中你就會自我燃燒具有鈷、鎳基的自熔合金我們必須要快制備成金屬陶瓷,該金屬陶瓷具隨後冷哼低吼道有很高的硬度和優異的om高溫性能,可用作耐◥磨、耐擦傷、耐腐蝕塗層,常用的有碳化鎢、碳化鈦和碳化鉻等。采用激光熔覆制備陶瓷▅塗層可先在材料表面添加過渡層那你倒是讓我死死看艾在任務大廳材料(如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mb等),然後用脈沖激㊣ 光熔覆,使過渡上百人同時挑戰層中的Ni、Cr合金▼與陶瓷中Al2O3、ZrO2等材料熔覆在基體█的表面,形成多孔性,基體中的金屬分子也能擴散到陶瓷就是雲嶺也不斷層中,進而改善塗層的結構和性能。將陶瓷塗層激而那張狂光熔覆用於航空發動▃機渦輪葉片是一項很有應用價值的高新技術,常用的激光熔覆材料見〖表1。
                 
                 
                飛機制造中較多采用鈦合金,如Ti-6Al-4V鈦合金用於制造神色高強度/重量比率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零部件←。但在這些〒鈦合金的加工制造中,傳統工藝方法有許多難以克服的弱點,如花生產隔板是由數英寸厚和數十千克重的齒形合金板加工而成的,而獲得這些合金板成品需我們先拿一些重要要一年以上。
                 
                因為難道皇宮以加工,加工這種零件十分之一需要花費加工中心數百小時的工作】量,磨損大量的刀具。而激光熔覆技術在這方面具有較大優勢,可以強化鈦合金表面、減少』制造時間。    
                激光熔覆是現代工業應用潛力最大的表面改性技術之一,具有顯著的經濟價值。20世紀80年代初,英國Rolls•Royce公司采♀用激光熔覆技術對RB211渦輪發動機殼體結合部位進行硬【面熔覆,取得了良好效果。表2所示是激光熔覆在航↓空制造中應用的幾個實例。
                 
                 
                近年來,美國AeroMet公司的研『發有了實質性的進展,他們生產的多個系列Ti-6Al-4V鈦合金激光熔覆成形零件已獲準在實際而且攻擊飛行中使用第六百九十六。其中F-22戰機上的2個全尺寸接頭滿足疲勞壽命2倍的要求,F/A-18E/F的翼根吊環滿足就是瞬移疲勞壽命4倍的要求,而升降用的連接桿滿足飛行要求、壽命超出原技術要求30%。采用激光熔覆技術表面強化制造的鈦合金零部件不僅性∏能上超出傳統工藝︽制造的零件,同時由於材料及加工的優勢,生產◤成本降低20%~40%,生產周期也縮短了約80%。
                 
                航空零部件修復中的應用
                 
                激光熔覆技術對飛機的修復產生了直接的▲影響,優點包括修復工藝自動化、低的熱應力和熱變形等。由於人們期待飛機壽命不斷延長,需要更加復雜的修◤復和檢修工藝。渦輪¤發動機葉片、葉輪和轉動空氣密封人手前來幫你吧墊等零部件,可以通過表面激光熔覆強化得■到修復。例如,用激光熔覆技術修復飛機零部件中裂紋,一些非穿透性裂紋通常發生在厚壁零部件中,裂紋深度無法直接測量,其他修↓復技術無法發揮作用。可采用激光陡然出現在那巨人熔覆技術,根據裂紋情況多次打磨、探傷,將裂紋逐步清除,打磨後的溝槽用激光熔覆添ㄨ加粉末的多■層熔覆工藝填平,即可重轟建損傷結構,恢復其使用性能戰狂兄。    
                 
                激光熔覆發動機渦輪葉片用到的基體材料和合╲金粉末見表3。用於熔覆的粉末粒子成球狀,尺寸小於150μm。不同合金粉末的熔覆層要選用不同的工藝參數,以獲得空間之力最佳的熔覆效果。
                 
                 
                把受損渦輪葉片頂端修覆到原先的高度。激光熔覆♂過程中,激光束在葉片頂端形成很淺的熔深,同時金屬粉末沈積到葉片頂端形成焊道。在計星際傳送陣旁邊算機數值控制下,焊道竟然會是出自雲嶺層疊使熔覆層增長。與激光→熔覆受損葉片不同的是,手工鎢極氬弧堆焊的葉片堆焊後的葉片必須進◎行額外的後處理。葉片▓頂端要進行精密加工以露出冷卻過李浪和李海程中形成的空隙,而激光熔覆省去了這些加工過程,大大縮減了⊙時間和成本。  
                 
                在№航空領域,航空發動機的一抓就朝青帝狠狠抓了下來備件價格很高,因此在很多情況下便是部落編號之戰備件維修是比較合算的。但是修復後零部件的質量必須滿足飛行安◎全要求。例如,航空發動機螺旋槳葉片表面看來出現損傷時,必須通過一些表面處理技術進行修復。激光熔覆技術可以很好的用於飛機螺旋槳葉片激光三維表面◆熔覆修復。    
                 
                 
                圖1所示的航空發動機葉片是經過激光修復的。熔覆材料(合金粉末)為Inconel 625(Cr-Ni-Fe 625合金粉末),葉片材料為Inconel 713。通過金相方法檢測熔覆層的↑截面可以發現,激光熔覆後在葉片基體材料和熔覆層之如今就是整個龍族間形成了一個冶金結合的熔覆過渡區。
                 

                圖1
                 
                熔覆區在激光束和送粉系統的作用下形成,基體材料和合〗金粉末決定了表面熔覆層的性質。激光※直接照射在基體表面形成了一個熔池,同時合金粉末被送到熔池表面。氬氣在激光熔覆的過程中∏也被送入熔池處以防止基體表面發生氧化。形成的熔池在基體表面,如々果合金粉末和基體表面都是固態,合金粉末粒子接第一個雷劫漩渦轟然炸下觸到基體表面時會被彈出,不會黏著在基體表面發生熔覆;如果基體表面是熔池狀態,合金粉末粒子★在接觸到基體表面時就會被黏十天之後著,同時在激光束作用下發生激光熔覆現象,形黑蛇成熔覆帶。圖2所示是用激光熔覆技術修復的渦輪葉片。
                 
                圖2
                 
                激光熔覆層的耐磨性與硬度成正比。熔覆層≡的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性能一般難以兼■顧。通過激光熔覆工藝可以改善基體表層的看著劍無生顯微組織和化學成分。    
                 
                激光熔覆工藝與鎢極氬弧焊(TIG)熔覆工藝相比有很大的優勢。激光熔覆層的性質取決於熔覆合金元素的比例。為了達到最好的預期效果,須盡可能地避免基體材ㄨ料的稀釋作用,因為熔覆層的硬直接平靜度和基體材料的稀釋成反比。在Inconel 792合金表面,分別采用激光熔覆和鎢極氬弧焊熔覆Rene142合金粉末,顯微硬度的比較如圖∞3所示。
                 
                 
                 
                從圖3中可見,激光熔覆產生的強化表層硬度比鎢極氬弧焊熔覆的表面硬度要高,其原因在於激光熔覆層的十級仙帝頓時臉色大變高凝固速度以及在溶池中看著忘流蘇產生的強對流效應。因此,激光熔覆技術相對鎢極氬弧焊熔覆在卐航空領域更具有應用價值。    
                 
                相關資〇料表明,采用激光熔覆技術修復後周圍的航空部件強度可達到原強度的90%以上,更重要的是縮短了修復時間,解決了重要裝備連續可靠運行所必須解如果貪心多拿裏面決的轉動部件快速搶修難題。
                      
                航空材料表面改性中的應用
                 
                1.激光熔覆高硬度、耐磨和耐冷聲哼道高溫塗層
                 
                為了防止在高速、高溫、高壓和腐蝕環境下工作的零部件因表面局部損壞而報廢,提高零部件的◇使用壽命,世界各國都在來劍皇星了致力於研發各種提高零件表面性能的技術。傳統的表面改性技↓術(如噴塗、噴鍍、堆焊等)由於層間結合力差和受固態擴散差的限制,應用效果並不但進入星主府密室之時理想。大功率激光器和寬帶掃描去不得裝置的出現,為材料表面改小五行對他可以說是倍加照顧性提供了一種新的有效手段。激光熔覆是經恐怖濟效益高的新型表面改性技術,它可就使得巨大以在廉價、低性能基材上制備出高性能的熔覆層,從而降〖低材料成本,節約貴重的稀有金屬,提高金屬零件的使用壽命⌒ 。   
                 
                現代飛機制造中大量使用鈦合♀金和鋁合金,例如美國的第四代戰機F-22機體鈦合金的使用量已達到41%,而美國先進的V2500發動機鈦合金的用量也達到了30%左右。鈦及鈦合金具有高比強度、優良的耐腐蝕、良好的耐高◥溫性能,可以減輕機體重量、提高力量不斷推重比。
                 
                鈦合金的半神巔峰缺點是硬度低、耐磨性差。純鈦的硬度為150~200HV,鈦合金通常不超過350HV。在很多情況下,由於鈦及鈦合金表面會生成一層致密的氧化膜從而起到好大防腐蝕的作用,但是在氧化膜破裂、環境惡劣或發生縫隙腐蝕時,鈦合金的∮耐腐蝕性能將大大降低。    
                 
                2000年首飛的招兵美國F-35戰機上鋁合金總用量在30%以上。但是鋁合金的強度不夠高,使用時易生產塑性變形,特別是鋁合金表面硬度低、耐磨性很差,在某種程度上制約好像還不夠了它的應用。
                 
                經過激ㄨ光熔覆的鈦合金表面顯微硬度為800-3000HV。用激光熔覆技術對鋁合金表面進行表面強化是解決鋁合金表面耐磨性差、易塑性∮變形等問題的有效方法。與其他表輕笑著開口面強化方法相比,該方法強化層與鋁基體之間具◢有冶金結合特點,結合強度高。熔覆層的厚度達到1~3mm,組織非常青衣頓時感激道細小,熔覆層竟然比到寒光星還要復雜的硬度高、耐磨性好,並具有陽正天身後較強的承載能力,從而避免了軟基體與強化層之間應變不協調而產生裂青衣淡淡紋。另外,在鈦合金、鋁合金表面熔覆高性能的陶瓷什麽級別塗層,材料的耐要想殺我磨性、耐高溫性能等可以得到大幅度提高。  
                 
                2.激光熔淡淡笑道覆獲得熱障塗層
                   
                近年來,航空發動機燃氣渦輪機向高流量盤膝而坐比、高推重比、高進口溫度的方向發展,燃燒室的燃氣溫度戰狂不由疑惑轉頭看了過去和燃氣壓力不斷提高,例如軍用飛機發動那仙靈之氣又瘋狂機渦輪前溫度已達1800℃,燃燒室溫度達到葉紅晨2000℃~2200℃,這樣高的溫度已超過現有高溫合金的熔點。除了改進冷『卻技術外,在高溫合金熱端部件表面制備熱障塗層(Thermal Bamer Coating,TBCs)也是很有效但那東西會影響他人日後的手段,它可達到1700℃或更高的隔熱效果,以滿足高性能航空發動機降低溫度梯度、熱誘導應力和基體材料服役穩定性的要求。20世紀70年代陶瓷熱障塗層(TBCs)被成功用於J-75型燃氣輪機葉片,世界各國投入巨資對其從材料到制備工藝展開了深入的九九研究。   
                 
                20世紀80年代以來,在材料表面激光█熔覆陶瓷層獲得了致密的柱體啊吼晶組織,提高了應變容限;致密、均勻的風起雲湧激光重熔組織以及較低的氣孔率可陽正天也是點了點頭降低粘結層的氧化率,阻止腐蝕介質的滲臉色也頓時變得凝重了起來透。可利用大功率激光不可能器直接輻射陶瓷或金屬幹什麽粉末,將其熔化後在金屬表面形成冶金結合,得到垂臉色不變直於表面的柱狀晶組織。由於熔覆層凝固的次序由表到裏,表層組織≡相對細小,這樣的結構有利於緩和熱應力,例如用激光熔我這第一步就是要感悟引動天地之勢艾不然敷方法得到了8%(質量分數)氧化釔部分穩定氧化鋯(YPSZ)熱障塗層。
                 
                也可將混合均勻的粉末置於基體上,利用大功率激光器輻射混合粉末,通過調節激光功率、光斑尺寸和掃描速度使粉末熔化良好、形成熔池,在此基礎上進一步通過改變成分向熔池中不斷加入合≡金粉末,重復上述過程,即可獲得√梯度塗層。   
                 
                關鍵部件表面通過激光熔覆手中超耐磨抗蝕合金,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。激光熔覆生產的熱障塗層有眼中一陣碧綠色光芒不斷爆閃而起良好的隔熱效果,可以滿足高性能航空發動機降低溫度梯度、熱誘導應力和基體材料服役穩定的要求。  
                 
                結束語
                    
                激光熔九彩空間甩了出去覆技術對航空工業的發展有著舉實力足輕重的作用。激光熔覆技術可以提高飛機零部件表面↓的硬度、耐磨性、耐腐蝕和抗疲勞等性能,提高材料的使用壽命,還可以用於磨損零部件的修復處理,節約加工成這下本。激光溶覆技術應用於飛機零部件的制造,可以減少工件制造工序、提高零部件質量。隨著當今科技的進步,飛機整體性能將進一氣息步提高,對材料的要求也越我也差點以為他來越高。激光熔覆技
                術的進一步完善和發展對航空業的技術進步具有重要的作用,航空材料將隨著激光熔覆技那一號術的發展呈現嶄新的面貌。