Analiza performansi prevlake laserske obloge na oštricama od legure titanijuma

Savremeni avio-motori uključuju mnoge stručne discipline kao što su pneumatika, termičko inženjerstvo, struktura i čvrstoća, kontrola, ispitivanje, kompjuter, proizvodna tehnologija i materijali, i hvaljen je kao biser u kruni moderne industrije. Lopatica kompresora je jedna od najvažnijih komponenti avio-motora. Centrifugalna sila i njen moment savijanja, aerodinamička sila i njen moment savijanja, termičko opterećenje i opterećenje vibracijama, pri suočenju s prijetnjom oštećenja od stranih tijela, kao što su pijesak, leteće ptice, u kombinaciji sa velikim brojem lopatica rotora aeromotora, kompresora lopatice su izuzetno sklone habanju, korozijskim rupama, padajućim blokovima, deformacijama, naprslinama i lomljenju i drugim oštećenjima koja dovode do kvara lopatice, a koja ozbiljno ugrožavaju pouzdanost i sigurnost aviona. Zbog visokog tehničkog sadržaja, visoke cijene, velike težine obrade i dugog ciklusa održavanja lopatica kompresora, cijena popravke oštećenih lopatica iznosi samo 20% cijene direktne zamjene lopatica. Dakle, popravka oštećenih noževa je ekonomičniji, ekološki prihvatljiviji i efikasniji izbor.

Lasersko oblaganje je popularna tehnologija modifikacije površine posljednjih godina. U poređenju sa tradicionalnom tehnologijom modifikacije površine, lasersko oblaganje ima prednosti visokog stepena automatizacije, fine i ujednačene strukture obložnog sloja, finog zrna, visoke čvrstoće vezivanja između sloja obloge i matrice i male termičke deformacije matrice.

U ovom radu kao predmet istraživanja uzeta je lopatica kompresora visokog pritiska od legure titana Ti811, a premaz za oblaganje je pripremljen na lopatici kompresora visokog pritiska od legure Ti811 korišćenjem koaksijalne tehnologije laserskog oblaganja praha i TC{{4 }}Ni45+Y2O3 prah miješane legure se koristi kao materijal za oblaganje. Analizirani su fazni sastav, mikrostruktura i mikrotvrdoća sloja obloge. Pruža osnovu za popravku lopatica kompresora od legure titanijuma.

Podloga korištena u eksperimentu bila je lopatica kompresora visokog pritiska od legure titana Ti811. Tabela 1 prikazuje glavni hemijski sastav legure titanijuma Ti811. Površina lopatice kompresora je polirana brusnim papirom kako bi se uklonili oksidi, te oprana bezvodnim etanolom i osušena. Prašak za lasersko oblaganje je 65wt%TC4, 33wt%Ni45A i 2wt%Y2O3 mješoviti prah legure, prečnik praha između 50~120μm. Tabela 2 i Tabela 3 prikazuju glavne hemijske komponente TC4 i Ni45, respektivno.

                                                                        Tabela 1. Hemijska komponenta legure Ti811 (Wt, %)

                                                                             Tabela 2 Hemijski sastav TC4 (tež., %)

                                                                               Tabela 3 Hemijski sastav Ni45 (tež., %)

Snaga lasera je 350W, brzina skeniranja je 7mm/s, brzina unosa praha je 0,9g/s, prečnik laserske tačke je 1mm, protok zaštitnog gasa je 17nl/min, prah protok gasa je, gas praha i zaštitni gas su argon.

Makro prikaz sloja obloge promatran je optičkim mikroskopom. GeminiSEM 460 skenirajući elektronski mikroskop (SEM) korišten je za analizu mikrostrukture sloja obloge. Mikrotvrdoća sloja obloge mjerena je Qness Q10A + elektronskim mikrotvrdoćom.

Pore ​​i pukotine najčešći su defekti u slojevima laserske obloge. Glavni razlozi za stvaranje pora su to što se praškasti plin ne uklanja na vrijeme tokom procesa skrućivanja rastopljenog bazena, a djelomični materijali za oblaganje isparavaju zbog visoke temperature lasera tokom procesa topljenja. Glavni uzroci pukotina su prekomjerna toplinska naprezanja, naprezanje konstrukcije i naprezanje zatvaranja. U procesu laserskog oblaganja formiranje, skrućivanje i hlađenje rastopljenog bazena se završava u vrlo kratkom vremenu, a proces brzog hlađenja i brzog zagrijavanja dovodi do vrlo velikog temperaturnog gradijenta, što uvelike povećava termički stres. Mikrostrukturno naprezanje uzrokovano je istovremenom razlikom specifičnog toplinskog kapaciteta između materijala za oblaganje i osnovnog materijala, te neravnomjernom transformacijom tijekom faznog prijelaza. Ograničujuće naprezanje je vlačno i tlačno naprezanje uzrokovano toplinskim širenjem i hladnom kontrakcijom materijala, a također je važan dio unutrašnjeg naprezanja.

Fig. Slika 4 prikazuje poprečni presjek obložnog sloja i obložnog sloja na površini oštrice od legure titana Ti811. Vidi se da je površina pripremljenog višekanalnog obložnog sloja kontinuirana i ujednačena, obložni sloj nema poroznost, pukotine i druge vidljive nedostatke, a unutrašnja struktura obložnog sloja je gusta i ujednačena, a obložni sloj formira dobru metaluršku kombinaciju sa matricom oštrice. Vidi se da je učinak implementacije procesa laserskog oblaganja dobar.

(a) sloj obloge lopatice (b) poprečni presjek obložnog sloja

1. U ovom radu se kao materijal za oblaganje lopatica kompresora visokog pritiska od legure titanijuma Ti811 koristi mešoviti prah legure, a višekanalni sloj oblaganja je pripremljen tehnologijom laserskog oblaganja. Sloj obloge je ravnomjerno raspoređen bez makroskopskih defekata kao što su pore i pukotine. Precipitirane faze u sloju obloge su uglavnom TiC, TIB2, Ti2Ni i -Ti supstrati.

2. U sloju omotača, TiC je ekviaksijalni sferičan, Ti2Ni je nepravilno masivan, TiB2 je dendritna faza, TiC nukleira heterogena na površini TiB2, formirajući kompozitnu strukturnu fazu, a istaložena faza značajno poboljšava mikrotvrdoću i otpornost na habanje premaz za oblaganje.

3. Mikrotvrdoća prevlake laserske obloge je do 982HV0.3, a prosječna mikrotvrdoća je 906HV0.3, što je oko 2,04 puta više od podloge. Stopa trošenja obložnog premaza je 1,07×10-3mm2/ (Nm), što je oko 51,5% manje od podloge.