本发明属于涂层表面加工处理领域，具体涉及一种提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法。
背景技术：
1、热障涂层作为一种表面防护技术，主要运用于航空航天、能源动力等热端部件。其构成是在高温合金基体表面制备一层金属粘结层，然后涂覆一层可以起到隔热作用的陶瓷层。具有耐腐蚀、耐高温和抗热震等特点，从而保护基体免受高温和氧化的伤害，延长了零件的使用寿命。广泛使用的陶瓷涂层为ysz(7-8wt％y2o3部分稳定zro2)，通常使用大气等离子喷涂(aps)、电子束物理气相沉积(eb-pvd)和等离子喷涂物理气相沉积(ps-pvd)方法制得。金属粘结层一般选用mcraly(m为ni，co或ni+co)作为材料，以提高陶瓷涂层和基体之间的结合力，并且有着优异的抗氧化腐蚀性能。
2、大气等离子喷涂由于工艺灵活，操作方便，制备成本较低广泛用于制备热障涂层中陶瓷隔热层和粘结层。此外，等离子喷涂工艺还具有基材尺寸效应限制小、涂层材料选择范围广及涂层制备效率高等诸多优势特征。等离子喷涂工艺作为一种制备耐磨、耐蚀及热防护涂层的核心技术手段，广泛应用于油气储运、航空飞行、航天工程及军工等领域，特别是航空领域中的高热负荷件。
3、然而，由于发动机的涡轮叶片长期服役于高温高压等恶劣环境，热障涂层会逐渐出现冲蚀及外物损伤、烧结反应和氧化反应，以及熔盐腐蚀与cmas侵蚀等失效情况，严重影响涡轮叶片的使用性能。作为航空发动机的关键部件，涡轮叶片结构复杂、精密度高，工艺复杂困难、零件合格率低。采用更换新件的方法对发动机进行维修会产生成本过高，生产周期长，生产压力大等问题。若对涂层失效的叶片进行涂层去除后重新涂敷涂层，从而使其能够再次使用，可以大大缩短生产周期和降低制造成本。
4、其中激光清洗是一种精准可控的新兴技术，与传统清洗技术相比，通过调整激光功率、扫描速度、脉冲频率等参数可以实现基底无损伤并能高效地清洗失效的热障涂层，然后通过等离子喷涂技术涂敷新的涂层，从而完成对涂层的修复。但是激光清洗难以将陶瓷材料从粘结层表面彻底去除，并且在清洗的过程中会出现颗粒的飞溅，导致部分残余的陶瓷材料附着在粘结层表面，如果直接在其表面喷涂陶瓷层进行修复，很容易出现涂层未能有效粘接甚至脱落等问题。
5、激光重熔是用激光束将表面熔化而不加任何金属元素，以达到表面组织改善的目的。其主要特点如下：
6、(1)表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合。
7、(2)在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性。
8、(3)其熔层薄，热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，甚至可以直接使用。
9、为了提高涂层间的机械结合力，工业上常采用喷砂技术。但是喷砂技术存在颗粒残留易形成裂纹，均匀性差等缺点，亟待改善。表面织构可以在涂层之间产生强大的机械锚固作用，提高表面涂层的粘附力。
技术实现思路
1、针对目前激光清洗热障涂层后，粘结层失效，造成修复时涂层难以沉积以及容易脱落等问题，本发明提供了一种提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法。
2、该方法实现了热障涂层的激光清洗、表面重熔、微织构一体化修复，能够提升陶瓷层与粘结层之间的结合力，优化涂层内部的残余应力，提高界面韧性。本发明优化了粘结层的性能，延长了涂层的使用寿命。
3、本发明的技术方案如下：
4、一种提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，包括如下步骤：
5、步骤一：将待修复的热障涂层工件表面进行清洗、干燥预处理；
6、具体的，将待修复的热障涂层工件置于95～99.9％乙醇中，超声波清洗10～15min以去除涂层表面杂质，然后在60～70℃的环境中干燥，完成预处理；
7、步骤二：将待加工工件放置在工作台上，利用激光衍射分束器将激光分成两束，首先采用一个激光分束逐层多次扫描进行激光清洗，以去除原有热障涂层的陶瓷层，然后两个激光分束同步作用于原有热障涂层的粘结层表面，实现粘结层激光重熔后的激光织构化处理；
8、激光清洗的参数设置为：激光功率120～200w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸115μm，使光束垂直入射涂层表面，让激光多次逐层扫描涂层表面，直至把陶瓷层去除；
9、两个激光分束同步作用于原有热障涂层的粘结层表面时，在扫描方向上，用于重熔的激光分束在前，用于织构的激光分束在后，优选两个激光分束焦点的中心距为5mm；
10、用于重熔的激光分束参数设置为：激光功率80～120w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸85μm；
11、用于织构的激光分束参数设置为：激光功率30～80w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸60μm；
12、用于重熔的激光分束先作用于粘结层表面，实现粘结层表面的重熔，随后用于织构的激光分束迅速在重熔层表面加工织构阵列，优选织构阵列为：圆孔形阵列，直径115～230μm，相邻圆孔之间的中心距115～230μm，深度1～50μm；
13、步骤三：利用大气等离子喷涂在步骤二织构化的粘结层表面喷涂陶瓷层，完成热障涂层的修复；
14、大气等离子喷涂工艺参数为：功率15～35kw，喷涂距离80～200mm，扫描速度50～200mm/s，等离子喷枪送粉速率10～50g/min，主气氩气流量20～60l/min，次气氢气流量1～10l/min。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16、本发明提供了一种提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，采用激光衍射分束器将一台设备上的激光分成两束，通过控制两束激光的焦点相对位置和作用时间可实现多种加工过程的同步进行。首先采用一个激光分束逐层多次扫描以实现陶瓷层的去除；然后两个激光分束同步作用，可实现对粘结层重熔后迅速织构化；最后利用大气等离子喷涂技术在粘结层表面喷涂陶瓷层，以达到对涂层的高性能修复。
17、激光重熔技术可以使粘结层致密度得到提升，有效愈合了裂纹，而激光微织构技术带来的冲击能够优化涂层内部的残余应力，提高了界面韧性，并抑制涂层裂纹的产生和扩展，同时还增大了粘结层和陶瓷层的接触面积，有效提高了大气等离子喷涂方法修复的ysz陶瓷面层的沉积质量和界面结合强度，并使得涂层具有更高的抗热冲击性能。并且，激光重熔技术对涂层热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，采用激光重熔工艺使涂层结构致密、减少或消除原有喷涂态涂层中的气孔等缺陷，使涂层微观组织得到改善。
18、本发明创造性地在同一台设备上实现了激光清洗、激光重熔、超快激光织构化同步进行，大大提高了加工效率，降低了生产成本，为涂层修复领域提供了一定的技术支持，对提升燃气轮机涡轮叶片的高温服役寿命起到一定帮助。
1.一种提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤一中，将待修复的热障涂层工件置于95～99.9％乙醇中，超声波清洗10～15min以去除涂层表面杂质，然后在60～70℃的环境中干燥，完成预处理。
3.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤二中，激光清洗的参数设置为：激光功率120～200w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸115μm，使光束垂直入射涂层表面，让激光多次逐层扫描涂层表面，直至把陶瓷层去除。
4.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤二中，两个激光分束同步作用于原有热障涂层的粘结层表面时，两个激光分束焦点的中心距为5mm。
5.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤二中，用于重熔的激光分束参数设置为：激光功率80～120w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸85μm。
6.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤二中，用于织构的激光分束参数设置为：激光功率30～80w，重复频率30～50khz，激光扫描速度400～800mm/s，光斑搭接率80～99％，激光光斑尺寸60μm。
7.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤二中，激光织构化处理得到织构阵列，织构阵列为：圆孔形阵列，直径115～230μm，相邻圆孔之间的中心距115～230μm，深度1～50μm。
8.如权利要求1所述提升涂层界面结合的热障涂层一体化修复方法，其特征在于，步骤三中，大气等离子喷涂工艺参数为：功率15～35kw，喷涂距离80～200mm，扫描速度50～200mm/s，等离子喷枪送粉速率10～50g/min，主气氩气流量20～60l/min，次气氢气流量1～10l/min。
