钛合金叶片激光熔覆熔覆层性能分析

      叶片是发动机的重要部件之一，在航空发动机制造中占比非常高。叶片面型复杂，外形尺寸大小跨度大，工作环境承载大、且很多环境为高温、高压和高速旋转的工况。钛合金叶片，尤其以其高强度、高耐腐蚀性、生物相容性好和低密度的特性著称，在航空、航天、汽车领域应用越来越广泛。

由于叶片面型复杂、加工难度高、造价高，所以对受损叶片的修复和再制造更加有意义，是一种经济、效率高且环保的选择。激光熔覆技术作为一种新的表面改性技术，相对于传统表面处理技术而言，熔覆层与叶片基体为冶金结合，结合强度高，加工时热输入小，基体变形量小，熔覆层组织细致均匀，晶粒细小。并且，无论是国内还是国外的大量研究表明，激光熔覆技术应用于航空发动机叶片的修复有着非常广阔的市场应用前景。

试验基材为TC4钛合金；粉末为TI含量在85%左右的TC4钛合金粉末，粉末粒径在50-165um之间。使用型号为BS-OFE-3000的激光系统，激光功率在1200w，扫描速度15mm/s，光斑宽度为2*6mm宽光斑进行熔覆。保护气体为氩气，保护气体流量为50nl/min，在300*300*500mm的基材上制备100*50*1mm的熔覆层，针对熔覆层进行切样和分析，得到以下结论：

1、激光熔覆层宏观形貌

制备45%搭接的多道熔覆层，熔覆层表面连续均匀，无肉眼可见的裂纹、气孔等缺陷，切开后端面组织致密均匀，与TC4叶片基材形成了致密良好的冶金结合层；

2、激光熔覆层纤维组织结构

通过XRD分析，激光熔覆层主要是金属间化合物；通过SEM金相组织观测，激光熔覆涂层中分布着等轴球状晶，不规则块状晶和树枝晶；

3、激光熔覆层的显微硬度

因为熔覆层中生成了大量的硬质相和金属间化合物，显著的提高了熔覆层的硬度，熔覆层硬度可达到HV580-HV620，约为基体的1.8-2倍；

4、激光熔覆层的耐磨损性能

通过耐磨损性能试验，熔覆层的磨损率大约在0.9*10-3mm2/（N.m）,相比较基体，磨损量减少了60%，，故显著的提高了磨损性能。