Analisis Prestasi Salutan Pelapis Laser pada Bilah Aloi Titanium

Enjin aero moden melibatkan banyak disiplin profesional seperti pneumatik, kejuruteraan haba, struktur dan kekuatan, kawalan, ujian, komputer, teknologi pembuatan dan bahan, dan dipuji sebagai mutiara dalam mahkota industri moden. Bilah pemampat adalah salah satu komponen aeroengine yang paling penting. Daya sentrifugal dan momen lenturnya, daya aerodinamik dan momen lenturnya, beban haba dan beban getaran, semasa menghadapi ancaman kerosakan oleh objek asing, seperti pasir, burung terbang, digabungkan dengan sejumlah besar bilah pemutar enjin aero, pemampat bilah sangat terdedah kepada haus, lubang kakisan, blok jatuh, ubah bentuk, retak dan pecah dan kerosakan lain yang membawa kepada kegagalan bilah, yang secara serius mengancam kebolehpercayaan dan keselamatan pesawat. Disebabkan kandungan teknikal yang tinggi, kos yang tinggi, kesukaran pemprosesan yang tinggi dan kitaran penyelenggaraan yang panjang bilah pemampat, kos membaiki bilah yang rosak hanyalah 20% daripada kos menggantikan bilah secara terus. Jadi membaiki bilah yang rosak adalah pilihan yang lebih menjimatkan, mesra alam dan cekap.

Pelapisan laser adalah teknologi pengubahsuaian permukaan yang popular dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Berbanding dengan teknologi pengubahsuaian permukaan tradisional, pelapisan laser mempunyai kelebihan tahap automasi yang tinggi, struktur halus dan seragam lapisan pelapis, butiran halus, kekuatan ikatan yang tinggi antara lapisan pelapis dan matriks, dan ubah bentuk terma kecil matriks.

Dalam kertas kerja ini, bilah pemampat tekanan tinggi aloi titanium Ti811 diambil sebagai objek penyelidikan dan salutan pelapis disediakan pada bilah pemampat tekanan tinggi aloi Ti811 dengan menggunakan teknologi pelapisan laser penghantaran serbuk sepaksi dan TC{{4 }}Ni45+Serbuk aloi campuran Y2O3 digunakan sebagai bahan pelapis. Komposisi fasa, struktur mikro dan kekerasan mikro lapisan pelapisan dianalisis. Ia menyediakan asas untuk pembaikan bilah pemampat aloi titanium.

Substrat yang digunakan dalam eksperimen ialah bilah pemampat tekanan tinggi aloi titanium Ti811. Jadual 1 menunjukkan komposisi kimia utama aloi titanium Ti811. Permukaan bilah pemampat digilap dengan kertas ampelas untuk menghilangkan oksida, dan dibasuh dengan etanol kontang dan dikeringkan. Serbuk pelapisan laser ialah serbuk aloi campuran 65wt%TC4, 33wt%Ni45A dan 2wt%Y2O3, diameter serbuk antara 50~120μm. Jadual 2 dan Jadual 3 menunjukkan komponen kimia utama TC4 dan Ni45, masing-masing.

                                                                        Jadual 1 Komponen kimia pengaloian Ti811 (Wt, %)

                                                                             Jadual 2 Komposisi kimia TC4 (berat, %)

                                                                               Jadual 3 Komposisi kimia Ni45 (berat, %)

Kadar kuasa laser ialah 350W, kelajuan pengimbasan ialah 7mm/s, kelajuan penyusuan serbuk ialah 0.9g/s, diameter titik laser ialah 1mm, kadar aliran gas perlindungan ialah 17nl/min, serbuk kadar aliran gas ialah, gas serbuk dan gas perlindungan ialah argon.

Pandangan makro lapisan pelapisan diperhatikan oleh mikroskop optik. GeminiSEM 460 scanning electron microscope (SEM) telah digunakan untuk menganalisis struktur mikro lapisan pelapisan. Kekerasan mikro lapisan pelapisan diukur oleh Qness Q10A + penguji mikrokekerasan elektronik.

Liang dan retak adalah kecacatan yang paling biasa dalam lapisan pelapisan laser. Sebab utama pembentukan liang ialah gas serbuk tidak dikeluarkan dalam masa semasa proses pemejalan kolam lebur, dan bahan pelapisan separa diwap kerana suhu laser yang tinggi semasa proses lebur. Punca utama keretakan ialah tegasan haba yang berlebihan, tegasan struktur dan tegasan terkurung. Dalam proses pelapisan laser, pembentukan, pemejalan dan penyejukan kolam lebur selesai dalam masa yang sangat singkat, dan proses penyejukan dan pemanasan yang cepat membawa kepada kecerunan suhu yang sangat besar, yang meningkatkan tegasan haba. Tegasan struktur mikro disebabkan oleh perbezaan kapasiti haba tentu antara bahan pelapisan dan bahan asas pada masa yang sama, dan perubahan yang tidak sekata semasa peralihan fasa. Tegasan terkurung ialah tegasan tegangan dan tegasan mampatan yang disebabkan oleh pengembangan haba dan penguncupan sejuk bahan, dan ia juga merupakan bahagian penting dalam tegasan dalaman.

Gbr. 4 menunjukkan keratan rentas lapisan salutan dan lapisan salutan pada permukaan bilah aloi titanium Ti811. Ia dapat dilihat bahawa permukaan lapisan pelapisan berbilang saluran yang disediakan adalah berterusan dan seragam, lapisan pelapisan tidak mempunyai keliangan, retak dan kecacatan lain yang boleh dilihat, dan struktur dalaman lapisan pelapisan adalah padat dan seragam, dan lapisan pelapis. membentuk gabungan metalurgi yang baik dengan matriks bilah. Dapat dilihat bahawa kesan pelaksanaan proses pelapisan laser adalah baik.

(a) lapisan salutan bilah (b) keratan rentas lapisan salutan

1. Dalam kertas ini, serbuk aloi campuran digunakan sebagai bahan pelapisan pada bilah pemampat tekanan tinggi aloi titanium Ti811, dan lapisan pelapisan berbilang saluran disediakan oleh teknologi pelapisan laser. Lapisan pelapisan diagihkan sama rata tanpa kecacatan makroskopik seperti liang dan retak. Fasa termendak dalam lapisan pelapisan terutamanya substrat TiC, TIB2, Ti2Ni dan -Ti.

2. Dalam lapisan pelapisan, TiC ialah sfera equiaaxial, Ti2Ni adalah masif tidak sekata, TiB2 ialah fasa dendrit, TiC nukleus heterogen pada permukaan TiB2, membentuk fasa struktur komposit, dan fasa termendak dengan ketara meningkatkan kekerasan mikro dan rintangan haus salutan pelapisan.

3. Kekerasan mikro salutan pelapisan laser adalah sehingga 982HV0.3 dan purata kekerasan mikro ialah 906HV0.3, iaitu kira-kira 2.04 kali ganda daripada substrat. Kadar haus salutan pelapisan ialah 1.07×10-3mm2/ (Nm), iaitu kira-kira 51.5% kurang daripada substrat.