[发明专利]避免激光制孔损伤空腔零件对面壁的防护材料及填入方法

说明书

本发明公开了一种避免超快激光制孔损伤空腔零件对面壁的防护材料，包括基材和粘合剂，所述基材为氧化铝陶瓷球形颗粒，所述粘合剂的成分包括聚乙烯醇和水，所述聚乙烯醇和水的质量份数比为12：100；所述氧化铝陶瓷球形颗粒选用三种规格：规格1，直径范围：0.2～0.35mm；规格2，直径范围：0.4～0.6mm；规格3，直径范围：0.6～0.8mm；也可以混合使用；所述粘合剂还包括质量份数为10的氢氧化铝粉末和/或质量份数为10的二氧化钛粉末和/或质量份数为0.3的OP‑10表面活性剂。本发明的防护材料适用于超快激光制孔，避免超快激光在制孔时损伤内腔对面壁；易于填充于内腔且完成制孔后易于从内腔去除。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种适用于超快激光在叶片等空腔零件上加工小孔而避免通孔后超快激光损伤空腔零件对面壁的防护材料及填入方法。

背景技术

激光制孔是激光加工的主要应用领域之一，激光加工涡轮叶片等发动机热端部件气膜孔是制孔技术的典型应用。以往主要采用毫秒脉冲激光加工叶片气膜孔，但小孔存在再铸层、甚至微裂纹，如果在带热障涂层的涡轮叶片上制孔，由于较大的热力效应，容易导致涂层层间开裂、掉块等缺陷。皮秒、飞秒激光去除材料具有非热熔性特点，热影响极小，因此适合于在涡轮叶片上，包括在带热障涂层的涡轮叶片上加工高质量小孔，目前已经可以实现加工小孔孔壁无再铸层、微裂纹、热影响区，涂层几乎无热致缺陷。

与毫秒激光制孔一样，皮秒、飞秒激光制孔也面临激光通孔后损伤叶片内腔的问题，如图1所示，因此，需要在叶片内腔充填防护材料避免激光直接作用于内腔对面壁，该防护材料具有在一定时间内避免激光击穿的特点，显然，时间越长，防护效果越好。

针对毫秒激光制孔，目前较成熟的防护材料是聚四氟乙烯，已在工程中应用。但在超快激光（含皮秒激光、飞秒激光）制孔试验中发现超快激光极易穿透聚四氟乙烯材料，1mm厚的该材料，不到1s的时间即被击穿，无法实现制孔时对叶片内腔对面壁的有效防护，而不采用防护措施，损伤非常严重。

能否实现内腔有效防护是实现超快激光高质量制孔技术在叶片气膜孔加工中应用的关键，因此，急需开发适用于超快激光制孔的防护材料及填入方法。

发明内容

本发明的目的：开发一种全新的防护材料，适用于超快激光制孔，避免超快激光在制孔时损伤内腔对面壁；易于填充于内腔且完成制孔后易于从内腔去除。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种避免超快激光制孔损伤空腔零件对面壁的防护材料，包括基材和粘合剂，所述基材为氧化铝陶瓷球形颗粒，所述粘合剂的成分包括聚乙烯醇（PVA）和水，所述聚乙烯醇（PVA）和水的质量份数比为12：100；

所述氧化铝陶瓷球形颗粒通常选用三种规格：规格1，直径范围：0.2～0.35mm；规格2，直径范围：0.4～0.6mm；规格3，直径范围：0.6～0.8mm；也可以混合使用；

所述氧化铝陶瓷球形颗粒的选用原则为：通常选用颗粒尺寸较大的规格，其防击穿时间更长；但在内腔通道较小的情况下，如在1mm以内，大颗粒填充空隙大导致防护效果反而差，在防击穿时间满足要求的前提下，可选用颗粒尺寸较小的规格；

所述粘合剂的作用是将所述氧化铝陶瓷颗粒粘接在一起；

所述粘合剂在包括质量份数比为12:100的聚乙烯醇和水的基础上，还可以包括：质量份数为10的氢氧化铝粉末（AL(OH)₃）和/或质量份数为10的二氧化钛粉末（TiO₂）和/或质量份数为0.3的OP-10表面活性剂；

所述粘合剂的配置步骤为：在水中加入氢氧化铝、二氧化钛两种粉末搅拌；加聚乙烯醇；加OP-10表面活性剂；最后将混合物搅拌均匀即可。