[发明专利]一种提高热障涂层耐热腐蚀性能的激光表面处理方法

说明书

本发明公开了一种提高热障涂层耐热腐蚀性能的激光表面处理方法，属于热障涂层的处理技术领域。该处理方法包括以下步骤：步骤S1：对热障涂层表面进行超声清洗，将激光器的光斑形状调整为矩形；步骤S2：调整步骤S1中的激光器发射低能量密度激光，对步骤S1处理后的热障涂层进行自预热扫描；步骤S3：调整步骤S1中的激光器发射高能量密度激光，对步骤S2处理后的热障涂层进行重熔扫描；步骤S4：调整步骤S1中的激光器发射中等能量密度激光，对步骤S3处理后的热障涂层进行缓冷扫描；步骤S5：将步骤S4处理后的热障涂层自然冷却至室温，然后采用压缩空气除去冷却至室温的涂层表面的杂质。经过处理后的涂层光滑致密，抑制腐蚀盐的热腐蚀，延长涂层使用寿命。

技术领域

本发明涉及热障涂层的处理技术领域，特别是指一种提高热障涂层耐热腐蚀性能的激光表面处理方法。

背景技术

热障涂层具有高熔点、低热传导系数、高断裂韧性和高热膨胀系数等综合性能，目前广泛应用于航空发动机和燃气轮机的涡轮叶片的制造。热障涂层材料种类众多，其中YSZ(Y₂O₃稳定ZrO₂)热障涂层材料最为成熟、应用最为广泛，常由热喷涂方法获得。作为重要应用之一，燃气轮机中的YSZ热障涂层常服役于热腐蚀的恶劣工况中，燃料中Na和V杂质在高温燃气环境下形成Na₂SO₄-V₂O₅熔盐，并附着在涂层表面，该熔盐与热障涂层稳定剂Y₂O₃发生化学反应生成YVO₄，致使四方相ZrO₂相变为单斜相ZrO₂，伴随3-5％的体积膨胀，同时腐蚀产物YVO₄相也对热障涂层产生破坏作用，导致热障涂层开裂和脱粘失效。

目前，表面激光重熔是提高热障涂层耐热腐蚀的重要方法，通过消除热障涂层中孔隙、未熔颗粒等缺陷，形成致密的柱状晶组织，从而阻止腐蚀性熔盐的侵入。然而，现有激光重熔技术工艺环节较为简单，对表层热腐蚀和渗入热腐蚀的抑制作用并不明显。因此，找到一种能够提高热障涂层耐热腐蚀性的处理方法是本领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种提高热障涂层耐热腐蚀性能的激光表面处理方法，该处理方法充分利用激光器灵活可控的工艺优势，引入包括自遇热、重熔和缓冷的多次扫描工艺，能够显著提高热障涂层的耐热腐蚀性能，延长热障涂层的使用寿命。

基于上述目的本发明提供的一种提高热障涂层耐热腐蚀性能的激光表面处理方法，包括以下步骤：

步骤S1：对热障涂层表面进行超声清洗，将激光器的光斑形状调整为矩形；

步骤S2：调整激光器发射低能量密度激光，对步骤S1处理后的热障涂层进行自预热扫描；

步骤S3：调整激光器发射高能量密度激光，对步骤S2处理后的热障涂层进行重熔扫描；

步骤S4：调整激光器发射中等能量密度激光，对步骤S3处理后的热障涂层进行缓冷扫描；

步骤S5：将步骤S4处理后的热障涂层自然冷却至室温，然后采用压缩空气除去冷却至室温的热障涂层表面的杂质。

优选地，所述步骤S1中的激光器为连续半导体激光器。

优选地，所述步骤S1中激光器的光斑大小为12mm×2mm。

优选地，所述步骤S2中的低能量密度激光的能量密度为7.2～7.5J/mm²。通过调节激光器的激光功率和扫描速度，调整激光器的能量密度在7.2～7.5J/mm²的范围内；当采用低能量密度激光自预热扫描热障涂层时，相当于提前在热障涂层表面施加一个较低的温度场分布，实现热障涂层表面的局部预热，从而减小由热障涂层材料低热导率所导致的极高的温度梯度，避免出现后续的重熔开裂甚至脱落的问题。