不同激光加工工藝的DD406 單晶高溫合金氣膜孔高溫氧化行為

楊一哲, 楊 昭, 趙云松, 裴海清, 李 萌, 楊艷秋,溫志勛*, 岳珠峰

（1．西北工業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木建筑學(xué)院, 西安 710072；2．陸軍裝備部駐北京地區(qū)航空軍代室, 北京 100039；3．中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院 先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100095）

鎳基單晶高溫合金因其優(yōu)異性能而廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片[1-2]。為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比的需求，渦輪進(jìn)口溫度遠(yuǎn)超高溫合金材料的承溫能力，氣膜冷卻是保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行的重要冷卻方式之一[3]。冷卻后葉片工作溫度明顯降低，但氣膜孔局部區(qū)域在特定條件下仍可達(dá)到1100 °C，同時(shí)其內(nèi)部因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)難以涂覆熱障涂層，因此長(zhǎng)時(shí)暴露在高溫環(huán)境易發(fā)生嚴(yán)重的氧化腐蝕，在惡劣的服役環(huán)境下可能會(huì)導(dǎo)致葉片發(fā)生過(guò)早失效。

激光制孔是加工冷卻氣膜孔的主要方式之一[4]。氣膜孔的激光加工光源主要有長(zhǎng)脈沖激光和超短脈沖激光。長(zhǎng)脈沖激光所加工的氣膜孔表面較粗糙，孔周在加工過(guò)程中不可避免產(chǎn)生微裂紋和再鑄層[5]，其中再鑄層微觀組織改變且元素發(fā)生重分布，導(dǎo)致其氧化行為發(fā)生顯著變化。而超短脈沖激光由于激光與材料相互作用的時(shí)間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經(jīng)從材料表面被燒蝕掉了，大大減弱和消除了傳統(tǒng)加工方式中由于熱效應(yīng)帶來(lái)的材料損傷等負(fù)面影響[5-7]。因此，葉片激光加工氣膜孔孔周的氧化行為與通常高溫合金表面高溫氧化行為有所不同。在氣膜孔加工過(guò)程中，一方面其周圍微觀結(jié)構(gòu)與基體組織存在較大差異，如毫秒制孔工藝的孔周會(huì)形成一定厚度的再鑄層，皮秒工藝加工的氣膜孔孔周會(huì)有不同程度的微裂紋[5]。……