一种带热障涂层高温合金激光打孔方法与流程

本申请涉及航空发动机热端部件激光精密加工的领域，尤其是涉及一种带热障涂层高温合金激光打孔方法。

背景技术：

1、航空发动机涡轮进口工作温度远超镍基高温合金耐受极限，构件普遍采用高温合金基体复合热障涂层的结构，并加工大量气膜冷却孔实现降温。热障涂层包含陶瓷隔热面层与金属粘结层，陶瓷、粘结层与高温合金基体热物理性能差异显著，毫秒激光制孔过程中熔融材料极易产生飞溅，飞溅物粘附于孔口表面，不仅会降低气膜冷却效率，还易引发涂层开裂、分层甚至剥离，危害构件服役安全。

2、传统等直径增量旋切扩孔工艺各圈环形材料去除量相差悬殊，内圈热累积严重，外圈去除量过大造成剧烈飞溅，孔口飞溅占比高，热障涂层易发生局部分离，孔壁重熔层厚度偏大。部分改进工艺需要搭配纳秒、飞秒等多种激光器完成制孔，加工过程中需要工位转移，引入对中误差，设备投入高且加工节拍长，难以满足批量生产的要求。

3、现有防飞溅牺牲涂层方案要么耐高温性能不足，要么未针对热障涂层激光打孔匹配最优涂层厚度，也未与旋切扩孔工艺相结合，无法同时从削减飞溅生成量、阻挡飞溅粘附两个层面协同改善加工质量。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种带热障涂层高温合金激光打孔方法，解决了现有技术中的问题，提高打孔质量。

2、本申请提供的一种带热障涂层高温合金激光打孔方法采用如下的技术方案：

3、一种带热障涂层高温合金激光打孔方法，包括：

4、步骤1，在工件待加工区域的热障涂层和金属基体表面表面喷涂牺牲性防护浆料并干燥后在工件的待加工区域表面形成牺牲性防护层，牺牲性防护层覆盖待加工区域；

5、步骤2，使用毫秒激光从工件热障涂层表面或金属基体表面在待加工区域加工出直径为d0的底孔；

6、步骤3，使用毫秒激光从工件热障涂层表面或金属基体表面对所底孔依次进行n圈旋切扩孔直至扩大至目标孔径df，每圈去除区域对应的环形截面积的理论值相等，任意圈去除区域对应的环形截面积的实际值与理论值的偏差控制在±10%，n大于等于2；

7、步骤4，去除牺牲性防护层并清理孔壁。

8、可选的，所述步骤3中，第k圈旋切后的瞬时孔径dk满足：

9、；

10、其中个，k取值为1至n。

11、可选的，所述步骤1中的牺牲性防护层厚度为0.08-0.12mm。

12、可选的，所述步骤1中，牺牲性防护层的制备方法包括：

13、将六方氮化硼粉末与去离子水按质量比1:（2-3）进行混合溶液；

14、向混合溶液中加入占混合液总质量0.5-1%的分散剂，并进行超声分散25-35分钟形成均匀牺牲性防护浆料；

15、所述步骤1中的将喷涂有牺牲性防护浆料的工件在80-120°c条件下烘干得到牺牲性防护层。

16、可选的，分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠或聚乙烯吡咯烷酮。

17、可选的，所述步骤2和步骤3采用同一毫秒激光器进行加工，毫秒激光的脉冲宽度为0.1-10ms，波长为1064nm。

18、可选的，所述步骤2中，采用逐次降低峰值功率的脉冲串进行底孔的加工，功率衰减系数为0.7-0.9。

19、可选的，所述步骤3中的毫秒激光功率为步骤2中毫秒激光首脉冲峰值功率的60-80%。

20、可选的，所述步骤2和步骤3中，在加工过程中采用辅助气体对加工区域进行吹扫，辅助气体为氧气、氮气、压缩空气或氩气，辅助气体压力为0.3-1.5mpa。

21、可选的，所述步骤4中，采用超声波清洗的方法去除牺牲性防护层，清洗液为去离子水。

22、综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

23、本申请将等体积去除路径规划、底孔加旋切扩孔的两步激光制孔和牺牲性防护层进行有机结合，构建不可分割的技术整体，通过三者之间预料不到的协同增效，实现带热障涂层高温合金激光打孔质量和效率的综合性提升。

24、本申请方法使重熔层厚度显著减薄，重熔层厚度降低至42~55µm，相比现有技术的60~80µm减薄约25%~45%，有利于提高气膜冷却孔的冷却性能和服役寿命。

1.一种带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤3中，第k圈旋切后的瞬时孔径dk满足：

3.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤1中的牺牲性防护层厚度为0.08-0.12mm。

4.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤1中，牺牲性防护层的制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠或聚乙烯吡咯烷酮。

6.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3采用同一毫秒激光器进行加工，毫秒激光的脉冲宽度为0.1-10ms，波长为1064nm。

7.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤2中，采用逐次降低峰值功率的脉冲串进行底孔的加工，功率衰减系数为0.7-0.9。

8.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤3中的毫秒激光功率为步骤2中毫秒激光首脉冲峰值功率的60-80%。

9.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中，在加工过程中采用辅助气体对加工区域进行吹扫，辅助气体为氧气、氮气、压缩空气或氩气，辅助气体压力为0.3-1.5mpa。

10.根据权利要求1所述的带热障涂层高温合金激光打孔方法，其特征在于，所述步骤4中，采用超声波清洗的方法去除牺牲性防护层，清洗液为去离子水。