[发明专利]一种去除氧化锆热障涂层的方法

说明书

本发明提供一种去除氧化锆热障涂层的方法，包括以下步骤：S1、YSZ涂层表面预处理：超声清洗去除表面杂质；S2、激光光束调节：使光束垂直入射涂层材料表面；S3、设置参数：功率为40‑100W，激光扫描速度为20‑200mm/s，重复频率为20‑40kHz；清洗过程中控制光斑尺寸在10‑60μm，光斑搭接率控制在97.5‑99.0％；设置超声功率60‑80W，重复频率40‑100kHz，经过逐层多次扫描，直至涂层的去除。本发明通过利用超声波振动抑制激光清洗过程中的颗粒飞溅，削弱激光清洗过程中热影响对去除效果的负面影响，使得超声清洗和激光清洗产生协同作用，从而提高清洗效率与清洗效果。

技术领域

本发明涉及热障涂层材料技术领域，更具体地说，涉及一种超声波协同激光清洗氧化钇部分稳定的氧化锆热障涂层的方法。

背景技术

热障涂层是一种用于航空发动机叶片领域的陶瓷材料，主要成分为氧化钇部分稳定的氧化锆(以下简称为YSZ)，其中Y₂O₃质量占比为6％～9％。自1970年首次被应用于航空发动机领域以来，至今仍然作为一种提高航空发动机涡轮叶片耐热温度的关键材料，由于具有低热导率、高热容，与基材合金材料良好的热膨胀匹配等性能优势，在高温燃气射流的持续冲刷下依然具有良好的热稳定性能，在航空发动机领域占据着重要地位。目前，世界各航空强国均在重大推进计划中把热障涂层列为核心关键材料，我国也已经把热障涂层列为重点关注的关键材料。

电子束-物理气相沉积法是一种在真空条件下采用物理方法将材料源沉积于基材表面的表面处理技术之一，也是热障涂层的常用制备方法。

化学清洗是指利用化学试剂达到去除目标材料，在热障涂层领域，目前已经公开报道的热障涂层化学清洗方案是采用氢氟酸与硝酸搭配的酸洗方案。

激光清洗是一种表面清洗新兴技术，其原理是通过脉冲光束作用物体表面，利用被去除区域与保留区域的材料性能差异，引起被去除区域材料的熔化、汽化、蒸发、电离、分解等物理化学变化，从而实现表面材料的去除效果。激光清洗是一种环保、非接触、精确和可控的方法。除了成功克服机械和化学清洗的不足外，该技术在某些领域已经取得巨大成果。例如，在古文物保护方面，已成功用于去除石膏、壁画、羊皮纸和其他文化遗产上的表面污染物。在汽车行业，使用激光清洗可以有效替代含有二氯甲烷、氟氯化碳等对人体和环境有害的化学溶剂。据报道使用激光清洗波音系列飞机蒙皮可以强化蒙皮表面，抑制铆钉的疲劳磨损。如果采用激光清洗热障材料，能够提高经济效益，减少环境污染。激光清洗技术目前已在文物保护、汽车制造业、船舶海洋微生物去除方面取得巨大成功并带来可观的经济效益。

超声清洗：是一种在清洗液中以空化效应为主的清洗技术，通过分散、乳化、剥离达到清洗目的。

目前YSZ在生产制备过程中，内部存在的孔隙超过一定程度会转化为裂纹并进一步在YSZ表面和内部扩展，严重影响生产的良品率，造成经济浪费与材料浪费。因此对于不合格的涂层需要一种方法去除以便于重新制备，目前采用的化学清洗方法存在环境污染、无法精准控制去除力度、去除效率低等问题。这些问题会导致去除过程中对操作人员与基材材料造成不可挽回的损失和损伤。因此急需一种绿色环保、高效精准的去除新方法，以实现YSZ的重新制备。

发明内容

本发明目的是提供一种红外脉冲激光与超声振动结合的热障涂层去除方法，以解决现有技术环境污染、无法精准控制去除力度、去除效率低，同时对基材合金材料造成不可控损伤、去除过程会产生对环境与人身安全带来威胁等问题，尤其是是解决激光清洗过程中飞溅颗粒导致的表面涂层残留，清洗不彻底的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种去除氧化锆热障涂层的方法，包括以下步骤：

S1、YSZ涂层表面预处理：超声清洗去除表面杂质；

S2、激光光束调节：使光束垂直入射涂层材料表面；