在航空發(fā)動機(jī)熱端金屬構(gòu)件表面涂覆熱障涂層可以提高構(gòu)件的承溫能力、延長構(gòu)件服役壽命、降低發(fā)動機(jī)油耗。但是,熱障涂層的使用給金屬構(gòu)件上微小孔的電火花加工帶來困難。為了有效解決這一難題,本文開展了磨料水射流與電火花組合制孔方法的可行性研究,利用磨料水射流沖蝕去除熱障涂層,然后采用電火花加工方法完成微小孔結(jié)構(gòu)加工。首先,開展了熱障涂層的磨料水射流沖蝕加工試驗(yàn)研究。對電子束物理氣相沉積法(EB-PVD)及等離子噴涂法(APS)制備的熱障涂層進(jìn)行磨料水射流沖蝕加工試驗(yàn),分析射流壓力、靶距、磨料濃度、沖擊時間、磨粒粒徑以及磨料種類等因素對沖蝕孔形的影響規(guī)律,探明合理的沖蝕加工參數(shù)范圍。試驗(yàn)結(jié)果表明,EB-PVD熱障涂層沖蝕孔型呈“W”型,而APS熱障涂層沖蝕孔型多呈“U”型,APS熱障涂層的沖蝕去除速率高于EB-PVD熱障涂層。兩種熱障涂層沖蝕表面均沒有發(fā)現(xiàn)明顯微觀裂紋。其次,針對APS熱障涂層開展了沖蝕孔形幾何特征建模研究。選擇磨料濃度、靶距和沖孔時間三個參數(shù)設(shè)計了正交試驗(yàn),分析了各參數(shù)對孔徑和孔深的影響顯著性。采用冪函數(shù)模型和二次多項(xiàng)式回歸模型對孔徑與孔深進(jìn)行建模,結(jié)果發(fā)現(xiàn),二次多項(xiàng)式模型預(yù)測精度要高于冪函數(shù)模型。針對APS熱障涂層噴涂厚度不均勻的問題,提出在模型預(yù)測基礎(chǔ)上增加沖孔時間的解決方法,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),增加時間為5s時基本可以去除孔底部多余的熱障涂層材料,且對孔徑的影響最小。最后,在磨料水射流沖蝕孔形上進(jìn)行了電火花穿孔加工試驗(yàn)研究。分析了管電極直徑大小對沖孔后電火花可加工性的影響,研究了熱障涂層去除后金屬基體裸露率與電火花可加工性之間的關(guān)聯(lián),探討了電火花放電參數(shù)對熱障涂層的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用較小直徑的管電極進(jìn)行加工可減少熱障涂層表面微裂紋的產(chǎn)生,過大的峰值電流、脈沖寬度以及沖液壓力會對已沖蝕成型的熱障涂層產(chǎn)生二次蝕除的風(fēng)險,且易出現(xiàn)分層開裂現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V263
【部分圖文】：

這一發(fā)展方向的主要技術(shù)手段之一[1-2]。已知的國內(nèi)外新型軍用燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃?xì)?1538~1871℃，而航空發(fā)動機(jī)的耐高溫材料的許用溫度均在 1100℃以下，因此，為了葉片長壽命和高可靠性的需求，需要在高性能的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片表面涂覆熱障ermal barrier coatings, TBCs)[3-4]。熱障涂層主要由一層導(dǎo)熱系數(shù)較低的陶瓷面層和一層抗氧化腐蝕性能良好的金屬粘結(jié)。在粘結(jié)底層氧化的過程中，底層和陶瓷面層之間存在一層生長的氧化層，并在涂層命周期中持續(xù)增長[1-2]。熱障涂層的制備方法主要包括兩種，分別為等離子噴涂法(AP束物理氣相沉積法(EB-PVD)。兩種制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，APS 方法噴涂速度快，生產(chǎn)成本較低，多用于噴涂厚度要求較高的燃燒室部件；缺點(diǎn)是噴涂厚度不均勻，表面較粗涂的過程中容易使葉片上的氣膜孔堵塞，涂層抗沖蝕性能差，應(yīng)變?nèi)菹薜�。EB-PVD 層結(jié)構(gòu)較為致密，與基體結(jié)合強(qiáng)度較高，具有較好的應(yīng)變?nèi)菹藓涂箾_蝕性能，且噴涂潔度高，耐磨性好；缺點(diǎn)是噴涂工藝相對復(fù)雜，噴涂速度慢、效率低，原材料利用率較較高[1],[5-8]。圖 1.1 所示是 APS 和 EB-PVD 方法制備的熱障涂層的微觀結(jié)構(gòu)。從圖(aAPS 熱障涂層呈典型的片層狀結(jié)構(gòu)，具有多孔、多裂紋等缺陷；而圖(b)中 EB-PVD 陶典型的柱狀晶結(jié)構(gòu)[9-11]。

帶熱障涂層和氣膜冷卻孔道的航空發(fā)動機(jī)渦輪構(gòu)的制造，多采用電火花加工技術(shù)。電火花被加工材料強(qiáng)度、硬度、脆性、韌性、熔點(diǎn)9]。但是由于熱障涂層不導(dǎo)電，故這種方法不方法是：先用電火花在金屬基體上制孔，再可避免地沉積在氣膜孔表面，導(dǎo)致氣膜孔孔膜孔孔徑的大小直接決定了冷卻介質(zhì)的流通會導(dǎo)致氣膜孔縮孔現(xiàn)象，嚴(yán)重影響渦輪葉片氣涂層再制孔的方法與工藝具有重要的理論與堵塞的氣膜孔500μm

質(zhì)為陶瓷涂層，具有陶瓷的硬脆特性，所以層的航空發(fā)動機(jī)金屬構(gòu)件上的氣膜孔直徑一上加工直徑小于 2mm 的小孔時，會因鉆頭過且高溫合金中應(yīng)用最廣泛的為鎳基高溫合金使得鉆頭很容易產(chǎn)生磨損；同時因?yàn)榍邢髁吣p嚴(yán)重[21-22]。加工航空制孔領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，國內(nèi)外航空發(fā)陽黎明航空發(fā)動機(jī)公司等廣泛采用電火花加工不能直接用于加工熱障涂層金屬構(gòu)件上。199輔助電極法加工絕緣陶瓷的技術(shù)[25]。該技術(shù)助電極，在煤油中進(jìn)行電火花加工輔助電極電極被逐漸蝕除后，這些顆粒附著在陶瓷表進(jìn)行，利用電火花的高溫放電蝕除陶瓷層，
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本文編號：2852380