一種大氣等離子噴涂熱障涂層表面的新型激光處理方法，在等離子噴涂方法噴涂的陶瓷層熱障涂層的表面，利用激光誘導陶瓷層內部產生垂直于基體的一定數量，規則分布的表面裂紋，具體方法為：通過和激光束發射器連接的控制器控制激光束發射器沿預定軌跡掃描陶瓷層表面，同時控制器也和放置單陶瓷層熱障涂層的底座相連接，控制器在控制激光束發射器沿預定軌跡掃描陶瓷層表面的同時也控制底座沿與激光束發射器移動方向垂直的方向移動；本發明專利技術方法能夠使噴涂后的大氣等離子噴涂熱障涂層在陶瓷層中進一步誘導生成一定數量，規則分布的表面裂紋，從而在制備后期改進大氣等離子噴涂熱障涂層的力學性能，大幅度提高其壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及熱障涂層的增韌方法，特別涉及。
技術介紹
自20世紀中葉燃氣輪機為現代航空業的發展奠定了基礎以來，燃氣輪機在軍事、 航天、能源動力、制造業等領域得到了進一步的推廣和應用。目前新型軍用燃氣渦輪發動機的燃氣溫度已高達1500° C左右，而用于現役發動機葉片的高熔點鎳基超合金的使用溫度僅在850° C 1100° C左右，定向凝固合金和單晶合金也只能在約1000° C溫度下工作，無法滿足現代新型發動機工作溫度的需要。與此同時，隨著航空工業的發展，新一代大型燃氣輪機需要更高的推重比、燃氣效率及渦輪進口溫度。因此，快速、有效地提高渦輪葉片的耐高溫能力就成為當務之急。熱障涂層(Thermalbarrier coating,簡稱TBC)做為一種熱防護技術近年來發展迅猛，熱障涂層通常是指沉積在高溫合金表面、具有良好隔熱效果的陶瓷涂層，其主要作用是熱障，并避免基體的高溫氧化、腐蝕、磨損等，它能將傳至金屬基體的溫度降低50-150°C左右，從而提升高溫熱端部件的耐高溫能力。它能夠提高燃機工作溫度和抗腐蝕能力、降低冷卻要求、增加燃機功率以及提高燃燒效率，因此被廣泛的應用于航空、航天，造船、汽車等方面。熱障涂層系統是一個極其復雜的固體系統。一般包含四部分高溫合金基體、粘結層、熱生長氧化層(TGO)和陶瓷層。限制TBC應用的主要原因是涂層界面脫粘。涂層界面脫粘主要由于金屬基體熱膨脹率大于陶瓷層，由于熱失配應力導致陶瓷層面內具有很高的應變能，應變能驅動界面裂紋形成。制備工藝主要有電子束物理氣相沉積(EB-PVD)、大氣等離子噴涂(APS)等技術。 電子束物理氣相 沉積工藝成本較高，但是所制備的熱障涂層結構均勻，微結構具有多尺度空洞柱狀晶特征，與基體的結合強度高，服役壽命長，主要被應用于航空發動機熱障涂層制備。大氣等離子噴涂成本較低廉，微結構具有幣狀多層重疊式特點，熱障效果較好，主要應用于民用重型燃氣輪機熱障涂層制備。由于熱障涂層各組分材料屬性和幾何形狀存在較大差異，特別是各組分間熱膨脹系數存在很大差異，在溫度劇烈變化時，常常由于熱失配應力而失效。同時由于陶瓷層為疏松的多孔材料，因此氧原子容易通過陶瓷層擴散到粘結層，導致粘結層與陶瓷層界面受到氧化，形成熱生長氧化層。熱生長氧化層的高溫快速生長會在界面誘導出相當大的熱生長應力從而造成陶瓷層與粘結層界面損傷失效。電子束物理氣相沉積熱障涂層長壽命的原因主要是陶瓷層柱狀晶結構均勻，柱狀晶之間晶界結合弱，相當于存在大量垂直裂紋，極大地緩和熱失配應變，降低了熱應力強度，因而具有長壽命的優點。大氣等離子噴涂熱障涂層微結構主要為平行于基體的片狀結構，在平行于熱障涂層表面方向上的結合強度較高，緩和熱應力的能力較弱。因而降低大氣等離子噴涂熱障涂層中的熱失配應力和熱生長應力是提高大氣等離子噴涂壽命的關鍵因素之一。目前主要用以提高大氣等離子噴涂熱障涂層壽命的技術是制備具有一定數量并且規則分布的垂直裂紋的大氣等離子噴涂熱障涂層，由于垂直裂紋的存在使得陶瓷涂層具有高應變韌性特點，增加了陶瓷層緩和熱失配的能力，降低了陶瓷層中的熱應力，同時由于垂直裂紋在陶瓷層表面規則分布，因此可以有效釋放面內的應變能，使之具有高效熱障與長壽命特征。目前所廣泛采用的大氣等離子噴涂技術由于無法精確控制陶瓷層中垂直裂紋的生成和擴展，因此噴涂后的大氣等離子噴涂熱障涂層表面陶瓷層中多為不均勻，雜亂形成的垂直裂紋，并且裂紋數量也達不到降低陶瓷層熱應力的需求。申請號為201210435928. 3 的專利技術專利“一種高隔熱抗燒結熱障涂層的增韌方法”提出了在雙陶瓷層熱障涂層表面采用激光掃描，生成垂直于基體的裂紋或損傷，由于其雙陶瓷層熱障涂層系統中兩種陶瓷的界面結合性能較差，因此要求生成較短的表面裂紋且這種裂紋應該只存在于表面陶瓷層中，從而保證兩層陶瓷的界面完整。但是這樣就降低了表面裂紋的增韌效果，且該方法生成裂紋或損傷無法進行控制。
技術實現思路
為了解決上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供，能夠使噴涂后的大氣等離子噴涂熱障涂層在陶瓷層中進一步誘導生成一定數量，規則分布的表面裂紋，從而在制備后期改進大氣等離子噴涂熱障涂層的力學性能，大幅度提聞其壽命。為了達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案予以實現。，在等離子噴涂方法噴涂的陶瓷層熱障涂層的表面，利用激光誘導陶瓷層內部產生垂直于基體的一定數量，規則分布的表面裂紋，具體方法為通過和激光束發射器I連接的控制器2控制激光束發射器I沿預定軌跡掃描陶瓷層表面，同時控制器2也和放置單陶瓷層熱障涂層的底座3相連接，控制器2在控制激光束發射器I沿預定軌跡掃描陶瓷層表面的同時也控制底座3 沿與激光束發射器移動方向垂直的方向移動。所述激光束發射器I發射的激光束的寬度為150 μ m，激光束功率W/掃描速度m/s 為15. 18 ( p/v ( 23. 04，激光束發射器I的掃描間距為陶瓷層厚度的10到20倍。和現有技術相比，本專利技術具有如下優點1、本專利技術提出的大氣等離子噴涂熱障涂層表面的新型激光處理方法通過控制器控制激光束發射器的加熱誘導作用使得表面裂紋的形成能夠控制，同時控制器也控制放置單陶瓷層熱障涂層的底座沿與激光束發射器移動方向垂直的方向移動，從而能夠在表面陶瓷層形成足夠多的更深的規則分布的表面垂直裂紋，達到緩和熱失配應力和熱生長應力的作用，使得熱障涂層的壽命得到大幅度提高，或形成網狀分布的表面裂紋，這樣可以防止陶瓷層塊狀脫粘。同時，由于裂紋生成的位置與間距都由人為控制，因此經過本專利技術方法處理后，表面裂紋按照預定計劃形成，不會集中在某一區域，從而保證了熱障涂層的強度，進而提高了熱障涂層的壽命。2、由于激光束發射器I發射的激光束的寬度為150 μ m，激光束功率W/掃描速度 m/s為15. 18 ( p/v ( 23. 04，則激光束產生的熱量僅能夠誘導在照射區域下方的垂直裂紋，而對陶瓷層和粘結層界面不產生有害影響，從而在誘導裂紋生成的同時不對陶瓷層表面形成大規模破壞。3、當激光束發射器I的掃描間距為陶瓷層厚度的10到20倍，即相鄰兩道垂直裂紋的間距是陶瓷層厚度的10到20倍時對表面裂紋的抑制作用最為明顯。附圖說明圖1是本專利技術方法示意圖。圖2是本專利技術方法實施效果示意圖。圖3是本專利技術方法處理后的大氣等離子噴涂熱障涂層試件陶瓷層表面的電子顯微鏡掃描圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步詳細的描述。本專利技術，首先采用等離子噴涂方法噴涂如圖2所示的熱障涂層試件，從內到外依次為高溫合金基底、高溫合金基底和陶瓷層的粘結層以及陶瓷層，然后如圖1所示，通過和激光束發射器I連接的控制器2控制激光束發射器I沿激光束發射器導軌5掃描陶瓷層表面,如圖1中V1方向移動，同時控制器2也和放置熱障涂層試件4的底座3相連接，控制器2在控制激光束發射器I沿預定軌跡掃描陶瓷層表面的同時也控制底座3沿底座導軌6 (與激光束發射器移動方向垂直的方向)移動，如圖1中V2方向移動。激光束發射器I發射的激光束的寬度為150 μ m，激光束功率W/掃描速度m/s為15. 18 ( p/v ( 23. 04，激光束發射器I的掃描間距為陶瓷層厚度的10到20倍。如圖2所示，激光束作用點附近脆性陶瓷層表面一部分半球形區域內本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種大氣等離子噴涂熱障涂層表面的新型激光處理方法，在等離子噴涂方法噴涂的陶瓷層熱障涂層的表面，利用激光誘導陶瓷層內部產生垂直于基體的一定數量，規則分布的表面裂紋，其特征在于：具體方法為：通過和激光束發射器（1）連接的控制器（2）控制激光束發射器（1）沿預定軌跡掃描陶瓷層表面，同時控制器（2）也和放置單陶瓷層熱障涂層的底座（3）相連接，控制器（2）在控制激光束發射器（1）沿預定軌跡掃描陶瓷層表面的同時也控制底座（3）沿與激光束發射器移動方向垂直的方向移動。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張偉旭，許榮，呂志超，蘇羅川，范學領，王鐵軍，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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