【摘 要】
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为了提升涡轮发动机的整体性能和可靠性，需要在带热障涂层（TBC）的单晶高温合金涡轮叶片上制备大量气膜冷却孔，激光加工是实现“先涂层后打孔”的优势加工手段。采用水助激光扫描加工方法，通过正交实验和单因素实验研究了各因素对TBC损伤程度和TBC材料去除率的影响关系，实验结果表明对涂层剥落损伤的影响程度由大到小依次为光斑重叠率、激光重复频率、激光器电流和水泵电压，当光斑重叠率为98%、激光重复频率50k
【机 构】
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中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进制造技术研究所
【基金项目】
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中国科学院重点部署项目（ZDRW-CN-2019-01）； 浙江省重点研发计划择优项目（2020C01036）； 浙江省自然科学基金（LY18E050027）； 宁波市科技创新2025重大专项（2019B10074）；
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为了提升涡轮发动机的整体性能和可靠性，需要在带热障涂层（TBC）的单晶高温合金涡轮叶片上制备大量气膜冷却孔，激光加工是实现“先涂层后打孔”的优势加工手段。采用水助激光扫描加工方法，通过正交实验和单因素实验研究了各因素对TBC损伤程度和TBC材料去除率的影响关系，实验结果表明对涂层剥落损伤的影响程度由大到小依次为光斑重叠率、激光重复频率、激光器电流和水泵电压，当光斑重叠率为98%、激光重复频率50kHz、激光器电流38A、水泵电压14V时，可以避免TBC水助激光加工出现剥落损伤；对TBC材料去除率的影响程度由大到小依次为激光器电流、激光重复频率、水泵电压和光斑重叠率，当优选激光器电流38 A、激光重复频率15 kHz、水泵电压14 V、光斑重叠率80%时，TBC材料去除效率最高。分析了TBC水助激光加工涂层剥落损伤的形成原因是热应力和等离子体力学冲击共同作用的结果，同时水助激光加工产生的气泡空蚀会导致加工区域周边涂层颜色变白，影响范围约为59.5μm，空蚀去除厚度约2.7μm。以上研究为带热障涂层单晶高温合金涡轮叶片气膜孔水助激光高效低损伤加工提供了技术支撑。
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