激光熔覆技术在飞机叶片修复中的应用研究

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1、论文导读：熔覆材料选择为Al-Y-Nb合金粉末。进行单道激光熔覆试验。预敷的Al-Y-Nb粉末层形成熔体的瞬间便通过与之接触的LY11CZ基底热传导散热降温。因此主要考察熔覆后其抗晶间腐蚀性能。关键词：激光熔覆，LY11CZ，Al-Y-Nb合金，微观组织形貌，腐蚀性能0 引言铝及铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，是航天、航空和石油化工等工业领域广泛使用的材料。LY11CZ很长时间被用于制造飞机螺旋桨叶片，叶片表面上出现损伤时，必须通过一些表面处理技术进行修复。除了考虑螺旋桨叶片所要求的高强度、高耐疲劳性，对于沿海的机场，飞机主要在海洋湿气环境下飞行，还必须考虑表面修复后的耐腐蚀性。选择一种

2、合适的表面处理技术对螺旋桨叶片进行修复，对节省装备维护费用，提高装备使用寿命具有很重要的意义。激光熔覆是用激光作热源，在材料表面熔覆一层具有特殊性能的合金层。免费论文网。合理选择熔覆合金和激光处理工艺，可以得到高硬度、高耐磨性和高抗蚀性的表面层1。激光熔覆技术作为一种高速高效的表面处理技术，在防腐蚀工程方面有极大的运用前景2。本文以激光熔覆技术作为飞机叶片表面损伤的修复方法，研究熔覆层的微观组织形貌与耐腐蚀性能。1 激光熔覆实验1.1 试验材料1.1.1 基材基材为LY11CZ，取自飞机螺旋桨叶片，化学成分(质量分数)：Si0.7，Fe0.7，Cu3.84.8，Mn0.40.8，Mg0.40.

3、8，Ni0.1，Zn0.3，Ti0.15，余量为Al。试样尺寸为50505(mm)，表面用粗砂纸打磨，并用丙酮清洗。1.1.2 熔覆材料钇作为稀土元素具有很多独特的性质，添加少量的钇能极大的影响材料的组织与性能。将钇添加在铝粉中作为熔覆材料具有很多积极作用，主要表现在3个方面：变质作用。激光熔覆过程其实是一个熔铸过程，而钇以及其他一些稀土元素可以有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒。净化作用。由于稀土元素具有很高的化学活性，与H2、Fe、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，因而能消除H2、Fe、S和过剩游离态Si等有害杂质的影响。微合金化作用。稀土元素与Al及其合

4、金元素能发生微合金化作用，对铝合金能起到一定的改性作用。由于稀土元素在纯铝中溶解度很小，添加钇元素对纯铝强度作用很小。铌与铝可以形成无限固溶体。将少量铌作为变质剂加入到熔覆材料中，可以起到细化晶粒和改善组织。在激光熔覆形成熔池的瞬间，高熔点的铌成颗粒状分布在熔池中，可以增加晶核的数量，并阻碍晶核的长大，起到细晶强化作用，改善材料的铸造工艺性能。因此，熔覆材料选择为Al-Y-Nb合金粉末，其中Y为4%、Nb为2%，余量为Al。粉末混合均匀，经粘结剂浸润后干燥备用。1.2 试验设备及仪器采用JHM-1GX-200B型Nd:YAG脉冲激光器。其波长为1.06μm，最大输出功率为300W，最大工

5、作电流400A，脉冲宽度(0.115)ms，最大单脉冲能量60J，激光束发散角小于15mrad，能量不稳定度小于±5%。组织形貌及耐腐蚀性分析主要采用4XB-TV金相显微镜完成。HXS-1000数字式智能显微硬度计测试熔覆层显微硬度。1.3 试验方法采用正交实验法，进行单道激光熔覆试验。铝材表面易氧化，反射率高，试验过程中，用同轴的氩气流进行保护。表5 正交试验表及硬度测试Table 1 Orthogonal experiment table and test of micro-hardness序号 电流 频率 脉宽 光斑直径 平均硬度 (A) (Hz) (ms) (mm) (H

6、V)1 110 1 7 1.0 31.4 2 110 2 10 1.5 35.2 3 110 313 2.0 33.6 4 130 1 13 1.5 37.3 5 130 2 7 2.0 41.7 6 130 3 10 1.0 39.5 7 150 1 10 2.0 43.3 8150 2 13 1.5 49.1 9 150 3 7 1.0 46.8 1.4 熔覆层微观组织形貌选择熔覆后宏观形貌较理想且显微硬度要较高的试样7(对应的工艺参数：电流150A，频率1HZ，脉宽10ms，光斑直径2mm)，横向截取熔覆层，磨制、抛光金相试样。用HF、HCl、HNO3混合酸溶液将试样进行腐蚀，待试样表面