带热障涂层镍基单晶高温合金的激光制孔研究

采用毫秒激光和皮秒激光在带热障涂层的镍基单晶合金上加工了气膜孔,对比研究了长脉冲与超短脉冲加工对热障涂层及金属基体孔壁形貌的影响。实验发现,波长1064 nm的毫秒激光在试样表面产生的能量密度直接影响到陶瓷层的加工。以2866 J/cm2的能量密度从陶瓷面加工,陶瓷面的熔化所需要的热积累时间长,热量会传导至高温金属,产生类似熔池的热影响;而从金属面加工则由于陶瓷是最后加工的材料,有足够的热积累时间熔化陶瓷涂层,从而直接打通小孔。当毫秒激光的能量密度提高至6369 J/cm2时,热量在涂层中的积累速度加快,陶瓷材料能够快速熔化,从而避免了金属基体先于陶瓷熔化的现象,同时,加工过程中熔化后的陶瓷会经过孔通道,从而出现附着在孔壁上的现象。采用皮秒激光加工陶瓷涂层仅需要能量密度达到32 J/cm2,皮秒激光旋切制孔是将小孔圆周上的材料全部剥蚀掉,直至孔打通,而孔内的材料会从孔中掉出。皮秒激光加工中产生的等离子体冲击力会引起涂层的开裂,由于热障涂层制备方法不同引起涂层中的裂纹方向有所不同,等离子喷涂制备的涂层为层状结构,裂纹易沿平行于表面方向生长,而EB-PVD制备的涂层为柱状晶结构,裂纹多出现在柱状晶的间隙。