ניתוח ביצועים של ציפוי חיפוי בלייזר על להבי סגסוגת טיטניום

מנוע אווירי מודרני כולל דיסציפלינות מקצועיות רבות כגון פנאומטיקה, הנדסה תרמית, מבנה וחוזק, בקרה, בדיקות, מחשבים, טכנולוגיות ייצור וחומרים, והוא נחשב לפנינה שבכתר התעשייה המודרנית. להב המדחס הוא אחד המרכיבים החשובים ביותר של מנוע אוויר. כוח צנטריפוגלי ומומנט הכיפוף שלו, כוח אווירודינמי ומומנט הכיפוף שלו, עומס תרמי ועומס רטט, תוך התמודדות עם איום של נזק על ידי עצמים זרים, כגון חול, ציפורים מעופפות, בשילוב עם מספר רב של להבי רוטור מנוע אווירי, מדחס להבים מועדים מאוד לבלאי, בורות קורוזיה, נפילת בלוקים, דפורמציה, סדקים ושבירה ונזקים אחרים המובילים לכשל להב, אשר מאיימים ברצינות על האמינות והבטיחות של כלי טיס. בשל תכולה טכנית גבוהה, עלות גבוהה, קושי עיבוד גבוה ומחזור תחזוקה ארוך של להבי מדחס, עלות תיקון להבים פגומים היא רק 20% מעלות החלפה ישירה של להבים. אז תיקון להבים פגומים הוא בחירה חסכונית יותר, ידידותית לסביבה ויעילה יותר.

חיפוי לייזר הוא טכנולוגיה פופולרית לשינוי פני השטח בשנים האחרונות. בהשוואה לטכנולוגיית שינוי משטח מסורתית, לחיפוי לייזר יש יתרונות של דרגת אוטומציה גבוהה, מבנה עדין ואחיד של שכבת החיפוי, גרגר עדין, חוזק מליטה גבוה בין שכבת החיפוי למטריצה ​​ועיוות תרמי קטן של המטריצה.

במאמר זה, להב המדחס בלחץ גבוה מסגסוגת טיטניום Ti811 נלקח כאובייקט המחקר, וציפוי החיפוי מוכן על להב המדחס בלחץ גבוה מסגסוגת Ti811 על ידי שימוש בטכנולוגיית חיפוי לייזר אספקת אבקה קואקסיאלית, ו-TC{{4 }}Ni45+אבקת סגסוגת מעורבת Y2O3 משמשת כחומר החיפוי. מנותחים הרכב הפאזה, המיקרו-מבנה והקשיות המיקרו של שכבת החיפוי. הוא מספק בסיס לתיקון להבי מדחס מסגסוגת טיטניום.

המצע ששימש בניסוי היה להב מדחס בלחץ גבוה מסגסוגת טיטניום Ti811. טבלה 1 מציגה את ההרכב הכימי העיקרי של סגסוגת טיטניום Ti811. פני השטח של להב המדחס לוטשו בנייר אמרי להסרת תחמוצות, ונשטף באתנול נטול מים ויובש. אבקת חיפוי לייזר היא 65wt%TC4, 33wt%Ni45A ו-2wt%Y2O3 אבקת סגסוגת מעורבת, קוטר אבקה בין 50~120μm. טבלה 2 וטבלה 3 מציגות את הרכיבים הכימיים העיקריים של TC4 ו- Ni45, בהתאמה.

                                                                        טבלה 1 רכיב כימי של סגסוגת Ti811 (Wt,%)

                                                                             טבלה 2 הרכב כימי של TC4 (משקל,%)

                                                                               טבלה 3 הרכב כימי של Ni45 (משקל,%)

קצב הספק הלייזר הוא 350W, מהירות הסריקה היא 7 מ"מ/שניה, מהירות הזנת האבקה היא 0.9 גרם/שנייה, קוטר נקודת הלייזר הוא 1 מ"מ, קצב זרימת גז ההגנה הוא 17nl/min, האבקה קצב זרימת הגז הוא, גז האבקה וגז ההגנה הם ארגון.

תצוגת המאקרו של שכבת החיפוי נצפתה על ידי מיקרוסקופים אופטיים. נעשה שימוש במיקרוסקופ אלקטרוני סורק מסוג GeminiSEM 460 (SEM) לניתוח המיקרו-מבנה של שכבת החיפוי. קשיות המיקרו של שכבת החיפוי נמדדה על ידי Qness Q10A + בודק מיקרו קשיות אלקטרוני.

נקבוביות וסדקים הם הפגמים השכיחים ביותר בשכבות חיפוי לייזר. הסיבות העיקריות להיווצרות נקבוביות הן שגז האבקה לא מוסר בזמן בתהליך ההתמצקות של הבריכה המותכת וחומרי חיפוי חלקיים מתאדים בגלל טמפרטורת הלייזר הגבוהה בתהליך ההיתוך. הגורמים העיקריים לסדקים הם מתח תרמי מוגזם, מתח מבנה ולחץ כליאה. בתהליך חיפוי לייזר מסתיימים היווצרות, התמצקות וקירור הבריכה המותכת תוך זמן קצר מאוד, ותהליך הקירור המהיר ותהליך החימום המהיר מביאים לשיפוע טמפרטורה גדול מאוד, מה שמגביר מאוד את המתח התרמי. הלחץ המיקרו-מבנה נגרם מההבדל של קיבולת החום הספציפית בין חומר החיפוי לחומר הבסיס בו זמנית, והטרנספורמציה הלא אחידה במהלך מעבר הפאזה. מתח מגביל הוא מתח המתיחה ולחץ הלחיצה הנגרמים מהתפשטות תרמית והתכווצות קרה של חומרים, והוא גם חלק חשוב מהלחץ הפנימי.

תאנה. 4 מציג את החתך של שכבת החיפוי ושכבת החיפוי על משטח להב מסגסוגת טיטניום Ti811. ניתן לראות כי פני שכבת החיפוי הרב-ערוצית המוכנה הם רציפים ואחידים, בשכבת החיפוי אין נקבוביות, סדקים ופגמים נוספים הנראים לעין, והמבנה הפנימי של שכבת החיפוי צפוף ואחיד ושכבת החיפוי. יוצר שילוב מתכות טוב עם מטריצת הלהב. ניתן לראות כי השפעת היישום של תהליך חיפוי הלייזר טובה.

(א) שכבת חיפוי להב (ב) חתך שכבת חיפוי

1. במאמר זה, אבקת סגסוגת מעורבת משמשת כחומר חיפוי על להבי מדחס מסגסוגת טיטניום Ti811 בלחץ גבוה, ושכבת חיפוי רב-ערוצית מוכנה בטכנולוגיית חיפוי לייזר. שכבת החיפוי מפוזרת באופן שווה ללא פגמים מקרוסקופיים כגון נקבוביות וסדקים. שלבי המשקעים בשכבת החיפוי הם בעיקר מצעי TiC, TIB2, Ti2Ni ו-Ti.

2. בשכבת החיפוי, TiC הוא כדורי equiaxial, Ti2Ni הוא מסיבי לא סדיר, TiB2 הוא שלב דנדריט, TiC נוקט גרעיני הטרוגניים על פני השטח של TiB2, ויוצרים שלב מבני מורכב, והפאזה המשקעת משפרת משמעותית את המיקרו קשיות ועמידות הבלאי של ה-TiB. ציפוי חיפוי.

3. המיקרו-קשיות של ציפוי חיפוי הלייזר היא עד 982HV0.3, והמיקרו-קשיות הממוצעת היא 906HV0.3, שזה בערך פי 2.04 מזו של המצע. קצב השחיקה של ציפוי החיפוי הוא 1.07×10-3mm2/ (Nm), שהוא כ-51.5% פחות מזה של המצע.