[发明专利]一种涡轮叶片的叶冠表面高温耐磨层的制备方法

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片的叶冠表面高温耐磨层的制备方法，涉及增材制造技术领域。选用的装置包括工业机器人、激光器、柔性卡具、特种变频送丝系统，特种变频送丝系统通过柔性卡具连接于激光器末端与激光器同步移动。本发明通过激光熔丝沉积的方式对涡轮叶片叶冠表面高温耐磨层进行制造，减少热输入量，控制界面间元素交换，降低界面厚度，细化晶粒，抑制气孔、裂纹、未熔合等缺陷。提高叶冠表面高温耐磨层的成形质量及性能，特别适合通过工业机器人对涡轮叶片叶冠表面高温耐磨层进行高效的表面熔覆及增材制造。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种涡轮叶片的叶冠表面高温耐磨层的制备方法。

背景技术

传统的涡轮叶片叶冠表面高温耐磨层的方法通常包括：激光熔覆粉末堆焊、等离子电弧堆焊、TIG堆焊、钎焊和HVOF等，其中，激光熔覆粉末堆焊、等离子电弧堆焊和HVOF所采用的沉积材料为粉材，TIG堆焊选用丝材作为材料进行沉积，而钎焊则是将提前制备的高温耐磨层通过钎焊的方式直接与叶冠表面进行焊接；而无论是通过粉材、丝材还是钎焊的方式对高温耐磨层进行制备都存在各自的优缺点，制备方法的不同对沉积层的材料性状及力学性能都有着不同的影响。

涡轮叶片作为航空发动机的关键部件，为了消除高温耐磨层制备过程中所存在的诸多问题，提高沉积层的各项性能。国内外各高校及科研院所对涡轮发动机叶片叶冠表面高温耐磨层的制备进行了多方的探索和优化，但各加工方法由于其方法的特殊性都有着其不可替代的优点，但也存在不可避免的局限性。

由于钴基高温合金具有硬度高、耐磨性好、可加工性差等特点，钎焊作为最早制备涡轮发动机叶片叶冠表面高温耐磨层的方法，其具有高温耐磨层力学性能高、制备方法简单及热输入小对叶片晶向影响小等优点；但采用钎焊作为制备叶片叶冠表面高温耐磨层的方法又存在表面结合性差的先天性缺陷，极易造成高温耐磨层的脱落；

HVOF提供的热量输入也较小，且不存在高温氧化、气化、熔化、晶化等影响，但由于其使用粉材作为高温耐磨层的沉积材料，在沉积过程中粉材通过物理方式进行结合，沉积层中常伴随着气孔、裂纹、致密性差等缺陷，在涡轮叶片工作过程中，易造成高温耐磨层块状脱落的事故，同样难以满足涡轮发动机叶片对其高温耐磨性的要求；激光熔覆粉末堆焊与等离子电弧堆焊技术的出现，虽然都有效解决了HVOF技术中存在的材料结合性差的问题；但由于所使用的沉积材料依然为粉材，气孔、裂纹、致密性差、未熔合等缺陷依然存在。

TIG堆焊作为现阶段常用的一种高温耐磨层的制备方法，其使用的沉积材料丝材作为沉积材料有效避免了粉材进行沉积时存在的气孔及致密性差等问题，但采用TIG作为熔积能量源，热输入量的增加导致了界面厚度变厚极易产生液化裂纹；同时由于钴基合金丝材脆性大导致丝材无法弯曲，国内外还未找到可用于工业机器人自动化生产的“盘状”丝材，通过TIG堆焊的方式制备高温耐磨层通常采用手工钨极氩弧焊。这极大的降低了加工制造的效率，高温耐磨层的沉积质量也很难保证，导致废品率增加。

作为涡轮发动机的重要工作部件，涡轮叶片的工作寿命对涡轮发动机工作的可靠性、安全性及使用寿命都起到了至关重要的影响。找到一种制备涡轮叶片叶冠表面高温耐磨层的制备方法，制备出力学性能更好，与涡轮叶片叶冠表面结合性更强的高温耐磨层成为提高涡轮叶片工作寿命的重要因素之一。

发明内容

本发明提供提供一种涡轮叶片的叶冠表面高温耐磨层的制备方法，解决了上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种涡轮叶片的叶冠表面高温耐磨层的制备方法，包括工业机器人、熔积能量源、沉积材料、特种变频送丝系统和柔性卡具，所述特种变频送丝系统通过所述柔性卡具与熔积能量源同步移动，利用工业机器人通过激光熔化丝材的方式在涡轮叶片叶冠表面上熔覆高温耐磨层，避免凹R处出现未熔合及尾部尖端塌陷的情况。