【摘要】：針對燃?xì)廨啓C葉片氣膜孔傳統(tǒng)加工方法存在的缺陷,采用飛秒激光旋切帶熱障涂層的高溫合金加工氣膜孔,獲得了無裂紋、無附著殘渣及無重鑄層的錐孔。結(jié)合飛秒激光加工過程中材料的去除機理,分析得出:等角速度旋切造成的孔錐度較大;材料的去除過程為絕熱冷卻過程,即與周邊材料幾乎沒有熱交換,未發(fā)生基體材料熔化后重新凝固形成重鑄層的過程。然而,在孔的入口發(fā)現(xiàn)黑色附著物,隨著加工次數(shù)的增加,逐步覆蓋整個入口邊緣的部分。試驗過程中可收集到含有鎳、鋯、氧等元素的納米顆粒,證明被去除的材料通過液相爆破的方式以納米顆粒的形式快速離開基體,從而解釋了加工后在孔壁未發(fā)現(xiàn)大量附著殘渣粘連的原因。相對于低速單層旋切,高速多層旋切加工效率更高。
【圖文】：

研究，分析了工藝參數(shù)對孔形的影響，并結(jié)合飛秒激光加工過程中的材料去除機理對加工得到的孔進行了分析。２試驗方法２．１材料試驗過程中采用帶熱障涂層的高溫合金來模擬燃?xì)廨啓C葉片，基體采用鎳基高溫合金ＩＮ７３８，熱障涂層采用氧化釔質(zhì)量分?jǐn)?shù)為７％的氧化釔增強氧化鋯粉末，采用大氣等離子噴涂方式噴涂，涂覆厚度約為４００μｍ，采用金屬合金作為中間連接層，連接層厚度約為１００μｍ，噴涂后在真空環(huán)境內(nèi)加熱到１０８０℃后保溫４ｈ進行熱處理。２．２試驗裝置及方法圖１飛秒激光加工裝置示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ激光器使用美國相干公司（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．）生產(chǎn)的Ｌｉｂｒａ系列商用飛秒激光器，最大輸出功率為４Ｗ，脈沖寬度為５０ｆｓ，脈沖頻率為１ｋＨｚ。試驗光路如圖１所示。激光經(jīng)擴束后光斑直徑加倍，由焦距為１０００ｍｍ的聚焦透鏡聚焦到試樣，電動旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)試樣來實現(xiàn)環(huán)切，通過Ｘ－Ｙ－Ｚ三軸平移臺實現(xiàn)直線移動。光路中，使用擴束裝置可以擴大光斑直徑，改變光斑能量分布，并壓縮光束的發(fā)散角［１７］。試驗過程中采用低速［４５（°）／ｓ］單層旋切和高速［９０（°）／ｓ］多層旋切兩種加工方式，前者共加工一次，去０１０２０１３－２

因而加工效率較高［１８－１９］。由圖２（ｂ）中可以看出，當(dāng)孔深度約為５００μｍ，不同加工方式得到的結(jié)果并沒有較大區(qū)別，這是由于這個深度范圍內(nèi)被去除的材料主要是作為熱障涂層的陶瓷材料和作為中間連接層的金屬合金；但當(dāng)孔深度超過５００μｍ時，不同加工方式得到的孔深度開始有了較大的差別，分析認(rèn)為這是由于激光在加工完表面涂覆層和中間連接層時，已開始加工基體金屬。而激光加工不同加工材料的效率在加工孔深度方面的影響，需要進一步研究探討。此外，由圖３可見，不同的加工方式和不同的加工參數(shù)，孔壁錐度并沒有明顯區(qū)別。分析原因認(rèn)為，錐度主要與聚焦光斑的能量分布有關(guān)，當(dāng)采用旋切方式進行加工時，錐度還與激光光束同材料的相對角度相關(guān)。在相關(guān)的工藝試驗中已經(jīng)證明，，通過控制二者的相對角度，可以有效控制旋切加工過程中孔的錐度［２０］。圖２不同參數(shù)下加工得到的結(jié)果。（ａ）孔入口直徑；（ｂ）盲孔深度Ｆｉｇ．２Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒｅｐａｎｎｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．（ａ）Ｅｎｔｒａｎｃｅｄｉａｍｅｔｅｒ；（ｂ）ｄｅｐｔｈｏｆｂｌｉｎｄｈｏｌｅ圖３不同參數(shù)下加工得到的孔壁錐度Ｆｉｇ．３Ｔａｐｅｒｓｏｆｔｈｅｗａｌｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒｅｐａｎｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ通過優(yōu)化工藝參數(shù)，使用高速旋切去除熱障涂層和中間連接層，并且加工過程中加大同心圓的密度，得到的加工孔如圖４所示。由圖４（ａ）可見，在孔入口處存在附著殘渣；由圖４（ｂ）及４（ｄ）可見，在涂覆層與連接層均未發(fā)現(xiàn)裂紋；雖然連接層同金屬基體之間由于噴涂

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