Analyse des performances du revêtement laser sur les lames en alliage de titane

Les moteurs d’avion modernes impliquent de nombreuses disciplines professionnelles telles que la pneumatique, l’ingénierie thermique, la structure et la résistance, le contrôle, les tests, l’informatique, la technologie de fabrication et les matériaux, et sont salués comme la perle de l’industrie moderne. L’aube du compresseur est l’un des composants les plus importants d’un moteur d’avion. Force centrifuge et son moment de flexion, force aérodynamique et son moment de flexion, charge thermique et charge vibratoire, tout en faisant face à la menace de dommages causés par des corps étrangers, tels que du sable, des oiseaux en vol, combinés à un grand nombre de pales de rotor de moteur d'avion, compresseur les pales sont extrêmement sujettes à l'usure, aux piqûres de corrosion, aux chutes de blocs, à la déformation, aux fissures et à la rupture et à d'autres dommages entraînant une défaillance des pales, ce qui menace sérieusement la fiabilité et la sécurité des avions. En raison du contenu technique élevé, du coût élevé, de la difficulté de traitement élevée et du long cycle de maintenance des aubes du compresseur, le coût de réparation des aubes endommagées ne représente que 20 % du coût du remplacement direct des aubes. La réparation des lames endommagées est donc un choix plus économique, écologique et efficace.

Le revêtement laser est une technologie de modification de surface populaire ces dernières années. Par rapport à la technologie traditionnelle de modification de surface, le revêtement laser présente les avantages d'un degré élevé d'automatisation, d'une structure fine et uniforme de la couche de revêtement, d'un grain fin, d'une force de liaison élevée entre la couche de revêtement et la matrice et d'une faible déformation thermique de la matrice.

Dans cet article, l'aube de compresseur haute pression en alliage de titane Ti811 est prise comme objet de recherche, et le revêtement de revêtement est préparé sur l'aube de compresseur haute pression en alliage Ti811 en utilisant la technologie de revêtement laser à distribution de poudre coaxiale, et TC{{4 }}La poudre d'alliage mixte Ni45+Y2O3 est utilisée comme matériau de revêtement. La composition des phases, la microstructure et la microdureté de la couche de gainage sont analysées. Il constitue une base pour la réparation des aubes de compresseur en alliage de titane.

Le substrat utilisé dans l’expérience était une aube de compresseur haute pression en alliage de titane Ti811. Le tableau 1 montre la principale composition chimique de l'alliage de titane Ti811. La surface de l'aube du compresseur a été polie avec du papier émeri pour éliminer les oxydes, lavée avec de l'éthanol anhydre et séchée. La poudre de revêtement laser est composée de 65 % en poids de TC4, 33 en poids de Ni45A et 2 en poids de poudre d'alliage mixte Y2O3, d'un diamètre de poudre compris entre 50 et 120 μm. Les tableaux 2 et 3 montrent respectivement les principaux composants chimiques du TC4 et du Ni45.

                                                                        Tableau 1 Composant chimique de l'alliage Ti811 (poids, %)

                                                                             Tableau 2 Composition chimique du TC4 (poids, %)

                                                                               Tableau 3 Composition chimique du Ni45 (poids, %)

La puissance du laser est de 350W, la vitesse de balayage est de 7 mm/s, la vitesse d'alimentation en poudre est de 0,9 g/s, le diamètre du spot laser est de 1 mm, le débit de gaz de protection est de 17 nl/min, la poudre le débit de gaz est, le gaz en poudre et le gaz de protection sont de l'argon.

La vue macro de la couche de gaine a été observée au microscope optique. Le microscope électronique à balayage (MEB) GeminiSEM 460 a été utilisé pour analyser la microstructure de la couche de gaine. La microdureté de la couche de revêtement a été mesurée par le testeur de microdureté électronique Qness Q10A +.

Les pores et les fissures sont les défauts les plus courants dans les couches de revêtement laser. Les principales raisons de la formation de pores sont que le gaz en poudre n'est pas éliminé à temps pendant le processus de solidification du bain de fusion et que les matériaux de revêtement partiels sont vaporisés en raison de la température élevée du laser pendant le processus de fusion. Les principales causes de fissures sont les contraintes thermiques excessives, les contraintes structurelles et les contraintes de confinement. Dans le processus de revêtement laser, la formation, la solidification et le refroidissement du bain de fusion sont achevés en très peu de temps, et le processus de refroidissement et de chauffage rapide conduit à un très grand gradient de température, ce qui augmente considérablement la contrainte thermique. La contrainte de microstructure est causée par la différence de capacité thermique spécifique entre le matériau de revêtement et le matériau de base en même temps, et par la transformation inégale pendant la transition de phase. La contrainte de confinement est la contrainte de traction et la contrainte de compression causées par la dilatation thermique et la contraction à froid des matériaux, et elles constituent également une partie importante des contraintes internes.

FIGUE. 4 montre la coupe transversale de la couche de revêtement et de la couche de revêtement sur la surface de la lame en alliage de titane Ti811. On peut voir que la surface de la couche de revêtement multicanal préparée est continue et uniforme, que la couche de revêtement n'a pas de porosité, de fissures et d'autres défauts visibles, et que la structure interne de la couche de revêtement est dense et uniforme, et que la couche de revêtement forme une bonne combinaison métallurgique avec la matrice de la lame. On peut voir que l’effet de mise en œuvre du processus de revêtement laser est bon.

(a) couche de revêtement de pale (b) section transversale de la couche de revêtement

1. Dans cet article, de la poudre d'alliage mixte est utilisée comme matériau de revêtement sur les pales du compresseur haute pression en alliage de titane Ti811, et la couche de revêtement multicanal est préparée par la technologie de revêtement laser. La couche de revêtement est répartie uniformément sans défauts macroscopiques tels que pores et fissures. Les phases précipitées dans la couche de gaine sont principalement des substrats TiC, TIB2, Ti2Ni et -Ti.

2. Dans la couche de revêtement, TiC est sphérique équiaaxial, Ti2Ni est massif irrégulier, TiB2 est une phase dendritique, TiC est hétérogène à la surface de TiB2, formant une phase structurelle composite, et la phase précipitée améliore considérablement la microdureté et la résistance à l'usure du revêtement de bardage.

3. La microdureté du revêtement de revêtement laser peut atteindre 982HV0.3 et la microdureté moyenne est de 906HV0.3, soit environ 2,04 fois celle du substrat. Le taux d'usure du revêtement de revêtement est de 1,07×10-3mm2/ (Nm), soit environ 51,5 % de moins que celui du substrat.