發(fā)布時(shí)間：2021-02-11 01:05

　　熱障涂層技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中具有延長(zhǎng)熱端部件使用壽命、提高功率和減少燃油消耗的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)熱障涂層金屬構(gòu)件進(jìn)行電火花小孔加工時(shí),需要先去除金屬基體表面的熱障涂層。針對(duì)等離子噴涂法（Air plasma spray,APS）制備的熱障涂層進(jìn)行了磨料水射流去除加工試驗(yàn)。采用直徑為300μm的低壓磨料水射流,在室溫下開(kāi)展APS涂層的盲孔加工試驗(yàn),以期為后續(xù)的電火花穿孔加工提供可能性。結(jié)果表明,沖蝕孔徑和孔深隨磨料濃度、射流壓力、沖孔時(shí)間和靶距的增加而增大,涂層去除速率隨磨粒硬度和粒徑的增加而提高,APS涂層的沖蝕效率明顯高于EB-PVD涂層。 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

磨料水射流沖蝕APS熱障涂層示意圖

圖2所示為白剛玉及石榴石兩種磨粒沖蝕加工結(jié)果的對(duì)比情況。圖2中Dt為沖蝕孔的最大直徑，Lmax為沖蝕孔的最大深度。工藝條件見(jiàn)表1中的試驗(yàn)A編號(hào)所示。如圖2所示，白剛玉磨粒的沖蝕孔徑為527μm，石榴石磨粒的沖蝕孔徑為570μm，石榴石磨粒的沖孔直徑比白剛玉的沖蝕孔徑增加了8%。但是，白剛玉磨粒的沖蝕孔深比用石榴石的沖蝕孔深增加了190%，其原因與這兩種磨粒之間的硬度差別密切相關(guān)。石榴石的主要成分為含Al、Mg、Fe或Mn等的硅酸鹽，密度約為3.5～4.3 g/cm3，維氏硬度通常在6.5～7.5 GPa之間；而白剛玉的主要成分為Al2O3，密度約為3.8 g/cm3，維氏硬度通常在23～24 GPa之間[17?18]。從熱障涂層沖蝕破壞的機(jī)理中可知，熱障涂層在硬質(zhì)顆粒的沖擊作用下，處于作用區(qū)域的陶瓷層會(huì)形成裂紋，裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致涂層剝落。沖擊裂紋的生成及擴(kuò)展與沖擊粒子的質(zhì)量及硬度關(guān)聯(lián)較大，磨粒硬度越大則沖蝕速率越快。因而，在相同的加工時(shí)間內(nèi)，白剛玉磨粒的材料去除速率明顯大于石榴石磨粒。此外，石榴石的沖蝕孔底呈“W”形，具體成因在2.2節(jié)中討論。2.2 磨粒粒徑對(duì)沖蝕孔形的影響

圖3為磨粒粒徑對(duì)沖蝕孔形的影響情況。工藝參數(shù)見(jiàn)表1中試驗(yàn)編號(hào)B所示。如圖3所示，2 500目的白剛玉加工下的孔形呈明顯的“W”形，這一結(jié)果與文獻(xiàn)[16]中的研究結(jié)果吻合，即在磨料顆粒的動(dòng)能較低時(shí)，熱障涂層的沖蝕孔呈“W”形[16]。從圖3中可知，2 500目的白剛玉沖蝕的孔深比1 200目沖蝕的孔深小61%，這是由于磨粒粒徑越小，所擁有的動(dòng)能也就越小，所以2 500目的白剛玉沖蝕的孔深比1 200目的要小，這點(diǎn)也與Kara?kurt采用磨料水射流加工花崗巖的研究結(jié)果一致[19],2.1節(jié)中石榴石磨粒的沖蝕孔底出現(xiàn)“W”形也是這個(gè)原因。但是，2 500目白剛玉的沖蝕孔徑卻比1 200目的大出40%。Zhang等的研究結(jié)果可以很好地解釋這一現(xiàn)象[20]。他們通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的方法模擬了磨料水射流場(chǎng)，研究了不同粒徑、不同密度的磨粒對(duì)磨料水射流加工質(zhì)量和效率的影響，如圖4所示[20]，其中dp為磨粒粒徑的大小。他們發(fā)現(xiàn)，粒徑較大的粒子運(yùn)動(dòng)方向難以改變，碰撞速度也較高，對(duì)縱向深度上沖蝕影響較大。同時(shí)他們還考慮了徑向位置的影響，粒徑越小的磨粒越容易改變?yōu)檠仄叫杏诠ぜ姆较驀娚�，從而越容易擴(kuò)寬孔徑。從他們的研究結(jié)論中可知，由于2 500目的磨粒粒徑小于1 200目，在撞擊熱障涂層時(shí)所擁有的動(dòng)能較小，在徑向方向的改變量較1 200目大，所以沖蝕的孔徑比1 200目的大40%。圖4 不同磨粒粒徑在流場(chǎng)中的軌跡分布圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱障涂層的沖蝕破壞機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 楊麗,周益春,齊莎莎.  力學(xué)進(jìn)展. 2012(06)



本文編號(hào)：3028269