[发明专利]一种激光重熔热障涂层分段裂纹自愈合修复方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光重熔热障涂层分段裂纹自愈合修复方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是一种涂覆在基体金属表面的多层结构系统，其顶层一般为陶瓷材料，用于降低高温对基体材料性能的影响，保障热端部件的安全运行，这样可以提高发动机的热效率达60％以上，进而降低了燃料的消耗，满足低碳环保的要求。目前我国热障涂层制备面临的最大问题是涂层过早剥落，大量研究表明，涂层剥落的三个主要原因：陶瓷层与粘结层界面热生长氧化物(TGO，主要成分是Al₂O₃)的形成与生长；界面结合强度不足；陶瓷层与基体的热膨胀系数不匹配。这一方面与涂层材料的属性相关，另一方面与涂层结构及其制备方法也有密切的关系。

激光重熔作为热障涂层改性技术的一种，它是利用高能热源快速移动，使材料熔化后迅速凝固产生均匀、致密的显微结构，且表面光洁度高。经过激光重熔的热障涂层，出现紧密堆积的柱状晶结构，柱状晶定向处延生长，垂直于基体表面，这对于减小由基体与陶瓷层热膨胀系数不匹配引起的热应力相当有效，且陶瓷与金属界面可形成冶金结合，提高了结合强度，众多研究表明：激光重熔技术可以明显改善等离子喷涂涂层的性能，涂层寿命可提高2-6倍。

但是激光重熔为热加工，由于激光的非均匀加热快速冷却和陶瓷脆性大等特点，经过激光重熔的陶瓷层具有明显的表面网状分段裂纹，裂纹深度一般会贯穿整个重熔层，虽然这些裂纹可以增加涂层的抗热震性能，但这些裂纹为氧气进入涂层提供开放通道，很容易通过未熔等离子涂层进人陶瓷层/粘结层界面，导致粘结层过度氧化，使涂层早期就发生界面开裂甚至脱落失效。因此，为了提高重熔涂层的高温氧化性能，必须对涂层表面分段裂纹进行密封或者裂纹修复处理。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光重熔热障涂层分段裂纹自愈合修复方法，能制备出完全封堵分段裂纹的自愈合密封膜，它能显著提高重熔涂层的高温氧化性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光重熔热障涂层分段裂纹自愈合修复方法，包括以下步骤：

1)将工件放入凹槽6中，工件为喷涂有陶瓷层3和粘结层2的基体1，将自愈合粉末5以密度为5～8g/cm²均匀涂抹在重熔热障涂层的陶瓷层3上，自愈合粉末5由Ni-20wt.％Al粉末和纳米Al₂O₃粉末以质量1：1进行球磨混合均匀制备，给凹槽6上盖上凸槽7，保证凹槽6与凸槽7之间的间隙8～10μm；

2)对凹槽6底部施加超声振动10，振动方向沿垂直于陶瓷层3表面，超声振动10的工作频率为15KHz～20KHz，振动时间4～10min；

3)在凸槽7上施加配重块8，配重块8的个数根据预施加压力大小进行调整，保证自愈和粉末5受到的压力为1～3MPa；

4)将凸槽7、凹槽6和配重块8一起放入电阻炉9中，使凹槽6水平放置，设置电阻炉9的温度为900℃～1200℃，待电阻炉9的温度稳定后，烧结12～15小时后取出，取出工件用酒精清洗干净。

本发明的优点：采用压力及超声振动的形式将Ni-Al/N-Al₂O₃密封颗粒渗入重熔涂层的分段裂纹中，在高温压力环境中利用Ni-Al颗粒中的Al层氧化反应放热使Ni层不断熔化形成密封膜，从而形成了纳米氧化铝增强的镍基固溶体膜，该膜对分段裂纹进行有效的封堵。对于Ni-Al/N-Al₂O₃密封颗粒而言，纳米Al₂O₃包裹和填充能致密化粉末体系，从而能有效地降低粉末体系的因热辐射、热对流而损失的能量，同时氧化铝具有低的热传导系数，具有较好的保温效果，因此，Ni-Al/N-Al₂O₃粉末体系具有较低的热耗散系数。Ni-Al颗粒氧化反应释放的热量很大一部分被愈合粉末体系吸收，致使Ni-Al颗粒中的Ni层升温熔化，加之致密密封的粉末体系具有较高的液体包裹能力，使得反应热熔化Ni层或悬浮液具有较低的流失率，因此自愈合反应致使的粉末体系升温明显，很容易达到自发发应所需的最低绝热温度条件，其反应致使的温度也较容易满足Ni层完全融化条件。最终经过一段时间的高温压力烧结，在分段裂纹处形成了一层致密的抗氧化膜。

附图说明