张 有,刘志东,邱明波,陈益飞

(南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016)

随着航空涡轮发动机涡轮前温度的不断提高,采用高温合金制造的发动机热端部件广泛采用了气膜冷却技术。其中,气膜冷却孔的孔径一般在0.25～1.25mm之间,每片叶片有数十至数百个,燃烧室有数万个之多[1]。先进燃气涡轮机的受热部件处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中,承受温度接近2000℃,超出了多数高温合金的工作范围[2]。将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温等优点结合起来所制备出的热障涂层,为解决上述问题提供了一种途径,它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用,提高了热端部件的使用寿命[3-5]。

陶瓷材料具有熔点高、硬度高、化学性能稳定等特性,是热障涂层的理想材料。但热端部件上增加热障涂层后,就会将原来金属小孔的位置遮挡住。由于涂层材料是绝缘体,基体是金属,这种复合结构的工件材料具有复杂的电导率、硬脆特性和热导特性,故要在热端部件上进行小孔加工具有一定的难度。

金属材料的小孔加工主要有钻削、电火花、激光及电解等加工方法,气膜冷却孔的穿孔工艺中,以电火花加工技术最成熟,应用时间也最长[1]。绝缘陶瓷材料的小孔加工主要有电化学放电、钻削、超声波及激光等加工方法。钻削加工中钻头磨损严重,加工孔的入口和出口处崩刃现象严重;超声波加工中工具更换麻烦,加工效率也很低;激光加工后会产生一定的应力变形和不同程度的微裂纹,加工出的孔具有一定的斜度[6]。……