[發(fā)明專利]一種去除氧化鋯熱障涂層的方法

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• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN115945465A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 曹新鵬;鄭海忠;耿永祥;周培峰;趙鵬森;肖怡新;田宇
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00;B08B3/12
• 代理公司: 西安杜諾匠心專利代理事務所(普通合伙) 61272
• 代理人: 蘇雪雪

本發(fā)明提供一種去除氧化鋯熱障涂層的方法，包括以下步驟：S1、YSZ涂層表面預處理：超聲清洗去除表面雜質；S2、激光光束調節(jié)：使光束垂直入射涂層材料表面；S3、設置參數(shù)：功率為40?100W，激光掃描速度為20?200mm/s，重復頻率為20?40kHz；清洗過程中控制光斑尺寸在10?60μm，光斑搭接率控制在97.5?99.0％；設置超聲功率60?80W，重復頻率40?100kHz，經過逐層多次掃描，直至涂層的去除。本發(fā)明通過利用超聲波振動抑制激光清洗過程中的顆粒飛濺，削弱激光清洗過程中熱影響對去除效果的負面影響，使得超聲清洗和激光清洗產生協(xié)同作用，從而提高清洗效率與清洗效果。

技術領域

本發(fā)明涉及熱障涂層材料技術領域，更具體地說，涉及一種超聲波協(xié)同激光清洗氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯熱障涂層的方法。

背景技術

熱障涂層是一種用于航空發(fā)動機葉片領域的陶瓷材料，主要成分為氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(以下簡稱為YSZ)，其中Y₂O₃質量占比為6％～9％。自1970年首次被應用于航空發(fā)動機領域以來，至今仍然作為一種提高航空發(fā)動機渦輪葉片耐熱溫度的關鍵材料，由于具有低熱導率、高熱容，與基材合金材料良好的熱膨脹匹配等性能優(yōu)勢，在高溫燃氣射流的持續(xù)沖刷下依然具有良好的熱穩(wěn)定性能，在航空發(fā)動機領域占據著重要地位。目前，世界各航空強國均在重大推進計劃中把熱障涂層列為核心關鍵材料，我國也已經把熱障涂層列為重點關注的關鍵材料。

電子束-物理氣相沉積法是一種在真空條件下采用物理方法將材料源沉積于基材表面的表面處理技術之一，也是熱障涂層的常用制備方法。

化學清洗是指利用化學試劑達到去除目標材料，在熱障涂層領域，目前已經公開報道的熱障涂層化學清洗方案是采用氫氟酸與硝酸搭配的酸洗方案。

激光清洗是一種表面清洗新興技術，其原理是通過脈沖光束作用物體表面，利用被去除區(qū)域與保留區(qū)域的材料性能差異，引起被去除區(qū)域材料的熔化、汽化、蒸發(fā)、電離、分解等物理化學變化，從而實現(xiàn)表面材料的去除效果。激光清洗是一種環(huán)保、非接觸、精確和可控的方法。除了成功克服機械和化學清洗的不足外，該技術在某些領域已經取得巨大成果。例如，在古文物保護方面，已成功用于去除石膏、壁畫、羊皮紙和其他文化遺產上的表面污染物。在汽車行業(yè)，使用激光清洗可以有效替代含有二氯甲烷、氟氯化碳等對人體和環(huán)境有害的化學溶劑。據報道使用激光清洗波音系列飛機蒙皮可以強化蒙皮表面，抑制鉚釘?shù)钠谀p。如果采用激光清洗熱障材料，能夠提高經濟效益，減少環(huán)境污染。激光清洗技術目前已在文物保護、汽車制造業(yè)、船舶海洋微生物去除方面取得巨大成功并帶來可觀的經濟效益。

超聲清洗：是一種在清洗液中以空化效應為主的清洗技術，通過分散、乳化、剝離達到清洗目的。

目前YSZ在生產制備過程中，內部存在的孔隙超過一定程度會轉化為裂紋并進一步在YSZ表面和內部擴展，嚴重影響生產的良品率，造成經濟浪費與材料浪費。因此對于不合格的涂層需要一種方法去除以便于重新制備，目前采用的化學清洗方法存在環(huán)境污染、無法精準控制去除力度、去除效率低等問題。這些問題會導致去除過程中對操作人員與基材材料造成不可挽回的損失和損傷。因此急需一種綠色環(huán)保、高效精準的去除新方法，以實現(xiàn)YSZ的重新制備。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是提供一種紅外脈沖激光與超聲振動結合的熱障涂層去除方法，以解決現(xiàn)有技術環(huán)境污染、無法精準控制去除力度、去除效率低，同時對基材合金材料造成不可控損傷、去除過程會產生對環(huán)境與人身安全帶來威脅等問題，尤其是是解決激光清洗過程中飛濺顆粒導致的表面涂層殘留，清洗不徹底的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種去除氧化鋯熱障涂層的方法，包括以下步驟：

S1、YSZ涂層表面預處理：超聲清洗去除表面雜質；

S2、激光光束調節(jié)：使光束垂直入射涂層材料表面；