يشتمل محرك الطيران الحديث على العديد من التخصصات المهنية مثل علم الخصائص الهوائية، والهندسة الحرارية، والبنية والقوة، والتحكم، والاختبار، والكمبيوتر، وتكنولوجيا التصنيع والمواد، ويُنظر إليه على أنه لؤلؤة تاج الصناعة الحديثة. تعد شفرة الضاغط أحد أهم مكونات محرك الطائرة. قوة الطرد المركزي وعزم الانحناء، والقوة الديناميكية الهوائية وعزم الانحناء، والحمل الحراري وحمل الاهتزاز، أثناء مواجهة خطر الضرر الناجم عن الأجسام الغريبة، مثل الرمل، والطيور الطائرة، جنبًا إلى جنب مع عدد كبير من ريش المحرك الهوائي، والضاغط الشفرات معرضة بشدة للتآكل، وحفر التآكل، والكتل المتساقطة، والتشوه، والشقوق والكسر وغيرها من الأضرار التي تؤدي إلى فشل الشفرة، مما يهدد بشكل خطير موثوقية الطائرات وسلامتها. نظرًا للمحتوى الفني العالي والتكلفة العالية وصعوبة المعالجة العالية ودورة الصيانة الطويلة لشفرات الضاغط، فإن تكلفة إصلاح الشفرات التالفة تبلغ 20% فقط من تكلفة استبدال الشفرات مباشرة. لذا فإن إصلاح الشفرات التالفة يعد خيارًا أكثر اقتصادًا وصديقًا للبيئة وأكثر كفاءة.
تعتبر الكسوة بالليزر إحدى تقنيات تعديل الأسطح الشائعة في السنوات الأخيرة. بالمقارنة مع تكنولوجيا تعديل السطح التقليدية، تتميز الكسوة بالليزر بمزايا درجة عالية من الأتمتة، والبنية الدقيقة والموحدة لطبقة الكسوة، والحبيبات الدقيقة، وقوة الترابط العالية بين طبقة الكسوة والمصفوفة، والتشوه الحراري الصغير للمصفوفة.
في هذا البحث، تم أخذ شفرة الضاغط عالي الضغط من سبائك التيتانيوم Ti811 كموضوع بحث، وتم تحضير طلاء الكسوة على شفرة الضاغط عالي الضغط من سبائك التيتانيوم Ti811 باستخدام تقنية الكسوة الليزرية لتوصيل المسحوق المحوري، وTC{{4 }}Ni45+ يتم استخدام مسحوق السبائك المختلطة Y2O3 كمادة للتكسية. يتم تحليل تكوين الطور والبنية المجهرية والصلابة الدقيقة لطبقة الكسوة. ويوفر الأساس لإصلاح شفرات الضاغط المصنوعة من سبائك التيتانيوم.
مواد الاختبار وطرق الاختبار
كانت الركيزة المستخدمة في التجربة هي شفرة الضاغط ذات الضغط العالي من سبائك التيتانيوم Ti811. يوضح الجدول 1 التركيب الكيميائي الرئيسي لسبائك التيتانيوم Ti811. تم صقل سطح شفرة الضاغط بورق الصنفرة لإزالة الأكاسيد، وغسله بالإيثانول اللامائي وتجفيفه. مسحوق الكسوة بالليزر هو 65wt%TC4، 33wt%Ni45A و2wt%Y2O3 مسحوق سبائك مختلط، قطر المسحوق بين 50~120μm. ويبين الجدول 2 والجدول 3 المكونات الكيميائية الرئيسية لـ TC4 وNi45، على التوالي.
الجدول 1: المكون الكيميائي لسبائك Ti811 (بالوزن، %)
|
آل |
V |
شهر |
C |
الحديد |
N |
O |
تي |
|
8.1 |
0.99 |
1.05 |
0.03 |
0.01 |
0.05 |
0.06 |
بال |
الجدول 2: التركيب الكيميائي لـ TC4 (بالوزن، %)
|
آل |
V |
الحديد |
C |
N |
O |
تي |
|
|
5.5~6.8 |
3.5~4.5 |
0.3 |
0.1 |
0.05 |
0.2 |
بال |
الجدول 3: التركيب الكيميائي لـ Ni45 (بالوزن، %)
|
C |
B |
سي |
سجل تجاري |
الحديد |
ني |
|
0.3~0.6 |
2.0~3.0 |
3.0~4.5 |
11.0~15.0 |
5 |
بال |
يبلغ معدل طاقة الليزر 350 واط، وسرعة المسح 7 مم/ثانية، وسرعة تغذية المسحوق 0.9 جم/ثانية، وقطر بقعة الليزر 1 مم، ومعدل تدفق غاز الحماية 17 نانولتر/دقيقة، والمسحوق معدل تدفق الغاز هو، غاز المسحوق وغاز الحماية هما الأرجون.
تمت ملاحظة المنظر الكلي لطبقة الكسوة بواسطة المجاهر الضوئية. تم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح GeminiSEM 460 (SEM) لتحليل البنية المجهرية لطبقة الكسوة. تم قياس الصلابة الدقيقة لطبقة الكسوة بواسطة جهاز اختبار الصلابة الإلكترونية Qness Q10A +.
نتائج الاختبار والتحليل
المسام والشقوق هي العيوب الأكثر شيوعا في طبقات الكسوة بالليزر. الأسباب الرئيسية لتكوين المسام هي عدم إزالة غاز المسحوق في الوقت المناسب أثناء عملية تصلب البركة المنصهرة، وتتبخر مواد الكسوة الجزئية بسبب ارتفاع درجة حرارة الليزر أثناء عملية الذوبان. الأسباب الرئيسية للشقوق هي الإجهاد الحراري المفرط، والإجهاد الهيكلي والإجهاد الحبس. في عملية الكسوة بالليزر، يتم الانتهاء من تكوين وتصلب وتبريد البركة المنصهرة في وقت قصير جدًا، وتؤدي عملية التبريد والتسخين السريع إلى تدرج كبير جدًا في درجة الحرارة، مما يزيد بشكل كبير من الضغط الحراري. ينجم إجهاد البنية المجهرية عن اختلاف السعة الحرارية النوعية بين مادة الكسوة والمادة الأساسية في نفس الوقت، والتحول غير المتساوي أثناء انتقال الطور. إجهاد الحصر هو إجهاد الشد والضغط الناجم عن التمدد الحراري والانكماش البارد للمواد، وهو أيضًا جزء مهم من الإجهاد الداخلي.
تين. يوضح الشكل 4 المقطع العرضي لطبقة الكسوة وطبقة الكسوة على سطح شفرة سبائك التيتانيوم Ti811. يمكن ملاحظة أن سطح طبقة الكسوة متعددة القنوات المحضرة متواصل وموحد، وطبقة الكسوة لا تحتوي على مسامية أو شقوق أو عيوب مرئية أخرى، والهيكل الداخلي لطبقة الكسوة كثيف وموحد، وطبقة الكسوة يشكل مزيجًا معدنيًا جيدًا مع مصفوفة الشفرة. يمكن ملاحظة أن تأثير تنفيذ عملية الكسوة بالليزر جيد.
(أ) طبقة تكسية الشفرة (ب) المقطع العرضي لطبقة الكسوة
خاتمة
1. في هذا البحث، تم استخدام مسحوق السبائك المختلطة كمواد تكسية على شفرات الضاغط العالي الضغط من سبائك التيتانيوم Ti811، ويتم تحضير طبقة الكسوة متعددة القنوات بواسطة تكنولوجيا الكسوة بالليزر. يتم توزيع طبقة الكسوة بالتساوي دون وجود عيوب عيانية مثل المسام والشقوق. الأطوار المترسبة في طبقة الكسوة هي أساسًا ركائز TiC وTIB2 وTi2Ni و-Ti.
2. في طبقة الكسوة، يكون TiC كرويًا متساوي المحاور، وTi2Ni ضخمًا غير منتظم، وTiB2 عبارة عن مرحلة التغصنات، وتنوى TiC غير متجانسة على سطح TiB2، مما يشكل مرحلة هيكلية مركبة، كما تعمل الطور المترسب على تحسين الصلابة الدقيقة ومقاومة التآكل بشكل كبير. طلاء الكسوة.
3. تصل الصلابة الدقيقة لطلاء كسوة الليزر إلى 982HV0.3، ومتوسط الصلابة الدقيقة هو 906HV0.3، وهو حوالي 2.04 مرة من الركيزة. معدل تآكل طلاء الكسوة هو 1.07×10-3mm2/ (Nm)، وهو أقل بحوالي 51.5% من الركيزة.