CN101403086A - 等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子喷涂Cu－Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，属于航空技术领域，采用等离子喷涂方法对滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面进行修复，其步骤包括清洗、吹砂、保护、采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面。采用本发明的等离子喷涂Cu－Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，所喷涂的涂层结合强度可达41.07MPa，硬度值较稳定；弯曲试验结果显示涂层结合较好；涂层金相试验显示金相组织比较致密；本发明工艺合理，参数选择正确，达到了修复滑油泵壳体衬套的效果，对于滑油泵壳体衬套延长使用寿命，减少经济损失具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，特别涉及一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法。
背景技术
滑油泵为航空器常规设备，当滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面间隙超差不可调和时，需要进行修复，而目前常用的修理类似部件的方法，不能同时满足涂层强度、硬度和抗弯曲度等指标，因此当滑油泵出现该类问题时，通常报废处理。
目前我国部分该类部件需要进口，当滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面间隙超差问题出现时，滑油泵整体壳体组件报废，造成巨大经济损失。
发明内容
针对上述现有问题，本发明提供一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法。
本发明通过在滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面上喷涂Cu-Al涂层，修复间隙超差的滑油泵壳体衬套；步骤包括：清洗、吹砂、保护、喷涂和清理。具体方法为：
1、清洗：采用有机溶剂对零件(滑油泵壳体衬套)的待喷涂区域(即滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面)进行清洗，要求清洗后喷涂表面无油污；然后用经过油水分离器过滤的压缩空气将待喷涂区域吹干。当油污严重时，先用航空洗涤汽油进行浸泡，再用上述方法清洗。
滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面为弧形，面积小于2.5cm2。
其中有机溶剂为常用工业有机溶剂包括丙酮、乙醚、乙醇等。
2、吹砂：将清洗后的零件放入吹砂机内，对零件的待喷涂区域进行吹砂，吹砂磨料为白刚玉砂、石英砂或者灰刚玉砂，粒度为36～80目，吹砂风压为0.20～0.40MPa，吹砂距离为100～150mm，吹砂角度为60°～75°。吹砂后，将零件表面的浮灰用经过油水分离器过滤的压缩空气吹干净。
吹砂过程中不允许有过吹或漏吹现象，吹砂完成后滑油泵壳体衬套零件表面不允许有油污、水痕和其他附着物，吹砂后的滑油泵壳体衬套零件表面不允许赤手接触，不允许相互摩擦，应保持良好的清洁状态；吹砂后的滑油泵壳体衬套零件表面应是均匀无金属光泽的粗糙表面。
3、保护：采用耐热遮蔽物对待喷涂区域周边部分进行遮蔽，耐热遮蔽物为耐高温胶带或者专用夹具。其中专用夹具为根据零件形状制作的夹具，该夹具可以保护待喷涂区域周边并且只留出待喷涂区域暴露在外边。
4、喷涂：喷涂前，用经过油水分离器过滤的压缩空气吹除零件待喷涂区域砂尘。零件要求在吹砂结束后2h内进行喷涂，如果超过2h，需要重新进行吹砂。采用的喷涂材料为METCO51F-NS，成分按重量百分比为含Al9～11wt％，Fe0.7～1.5wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为80～100℃，时间为1～2h。其中喷涂材料的粒度组成为：粒度大于200目部分在喷涂材料中的含量≤0.5wt％，粒度在200～270目之间的部分在喷涂材料中的含量≤10.0wt％，粒度在270～325目之间的部分在喷涂材料中的含量≤25.0wt％，粒度小于325目的部分在喷涂材料中的含量≥64.5wt％(重量百分比)。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.42～0.58MPa，流量为2.2～2.8m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.35～0.42MPa，流量为0.28～0.36m3/h；送粉气为氩气，压力为0.42～0.58MPa，流量为1.0～2.0m3/h，电流为450～500A，电压为45～55V，送粉速率为25～60g/min，喷涂距离为100～140mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为1～5秒，相邻两次喷涂时间间隔为3～5秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，允许中断喷涂，中断时间不超过1h，每5～15min测量一次涂层厚度。
当零件材质为铝青铜时，喷涂时保持零件的温度不超过200℃，当所喷涂的零件材质为钛合金、镁合金或铝合金等有色金属合金时，零件温度不超过120℃。当零件和涂层过热时，采用经过油水分离器过滤的压缩空气冷却零件。
喷涂过程中，当遮蔽物翘起时，及时清理，防止对喷涂区域产生遮挡。
喷涂的涂层厚度为0.10～0.50mm。
5、清理：喷涂结束后，去除遮蔽物，沿基体边缘向基体方向打磨涂层飞边，要求喷涂区域和过喷区域以外的表面没有涂层，零件上没有残留遮蔽物和其他异物。
清理结束后进行后续的机加工，在涂层的后续加工中，由于涂层面积小，内部感应力就必然要增加，加工过程减小进刀量并注意机加工过程中的保护。
滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面面积小于2.5cm2，并且使用时要求与其他零件紧密配合，因此要求所使用的Cu-Al涂层有较高的结合强度、较高的硬度与一定的可磨耗特性。
采用本发明的等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，所喷涂的涂层结合强度可达41.07MPa，大于美国METCO公司的推荐结合强度值25.9MPa；涂层硬度由于没有其他硬度值可以参考，采用了三种硬度测试方法，实测结果显示硬度值较稳定；弯曲试验也是测试涂层结合情况的一个重要指标，测试结果显示涂层结合较好，未出现剥落和剥离现象；涂层金相试验，通过照片可以显示出涂层的金相组织比较致密，孔洞和氧化物较少。
本发明工艺合理，参数选择正确，达到了修复滑油泵壳体衬套的效果，对于滑油泵壳体衬套延长使用寿命，减少经济损失具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1中Cu-Al涂层金相微观组织照片。
图2为本发明实施例2中Cu-Al涂层金相微观组织照片。
具体实施方式
本发明实施采用的吹砂设备具有0～0.6MPa可调风压气源，并装有油水分离器。
本发明实施采用的喷涂设备为：METCO-7M等离子喷涂系统，包括9MB喷枪，7MC控制柜，7ME热交换器，4MP送粉器，喷嘴为GP型或GH型。
本发明实施例中修复的零件材质为铝青铜。
实施例1
用丙酮对零件(滑油泵壳体衬套)的待喷涂区域(即滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面)进行清洗，要求清洗后喷涂表面无油污；然后用经过油水分离器过滤的压缩空气将待喷涂区域吹干。
清洗后的零件放入吹砂机内，对零件的待喷涂区域进行吹砂，吹砂磨料为白刚玉砂，粒度为36～80目，吹砂风压为0.20～0.40MPa，吹砂距离为100～150mm，吹砂角度为60°～75°。吹砂后，将零件表面的浮灰用经过油水分离器过滤的压缩空气吹干净。
吹砂过程中不允许有过吹或漏吹现象，吹砂完成后滑油泵壳体衬套零件表面不允许有油污、水痕和其他附着物，吹砂后的滑油泵壳体衬套零件表面不允许赤手接触，不允许相互摩擦，应保持良好的清洁状态；吹砂后的滑油泵壳体衬套零件表面应是均匀无金属光泽的粗糙表面。
喷涂前，用经过油水分离器过滤的压缩空气吹除零件待喷涂区域砂尘。在吹砂结束后2h内进行喷涂。
采用高温胶带对待喷涂区域周边部分进行遮蔽。
采用的喷涂材料为METCO51F-NS，成分为含Al9wt％，Fe0.7wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为80℃，时间为2h。其中喷涂材料的粒度组成为：粒度大于200目部分在喷涂材料中的含量≤0.5wt％，粒度在200～270目之间的部分在喷涂材料中的含量≤10.0wt％，粒度在270～325目之间的部分在喷涂材料中的含量≤25.0wt％，粒度小于325目的部分在喷涂材料中的含量≥64.5％。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.42MPa，流量为2.2m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.35MPa，流量为0.28m3/h；送粉气为氩气，压力为0.42MPa，流量为1.0m3/h，电流为450A，电压为45V，送粉速率为25g/min，喷涂距离为100～120mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为1秒，各次喷涂时间间隔为3秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，中断喷涂，中断时间不超过1h，每8min测量一次涂层厚度。
喷涂时保持零件的温度不超过200℃，当零件和涂层过热时，采用经过油水分离器过滤的压缩空气冷却零件。
喷涂过程中，当遮蔽物翘起时，及时清理，防止对喷涂区域产生遮挡。
喷涂的涂层厚度为0.20mm。
喷涂结束后，去除遮蔽物，沿基体边缘向基体方向打磨涂层飞边，要求喷涂区域和过喷区域以外的表面没有涂层，零件上没有残留遮蔽物和其他异物。
清理结束后进行后续的机加工，使涂层达到需要的厚度；在涂层的后续加工中，由于涂层面积小，内部感应力就必然要增加，加工过程减小进刀量并注意机加工过程中的保护。
采用上述方法进行三次喷涂修复，得到的修复零件分别为1号零件、2号零件和3号零件。
采用Axiovert 405M型金相显微镜对1号零件涂层进行金相试验，放大倍数为50倍，金相微观组织如图1所示。
采用AG-250KNE型万能材料拉力试验机对1号零件、2号零件和3号零件涂层进行结合强度试验，涂层结合强度为分别为38.7MPa、43.0MPa、41.5MPa，平均值为41.07MPa。
实施例2
清洗、吹砂、保护步骤同实施例1。
采用的喷涂材料为METC051F-NS，成分为含Al10wt％，Fe0.9wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为90℃，时间为1.5h。
喷涂材料的粒度组成同实施例1。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.48MPa，流量为2.4m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.36MPa，流量为0.30m3/h；送粉气为氩气，压力为0.48MPa，流量为1.2m3/h，电流为480A，电压为48V，送粉速率为30g/min，喷涂距离为120～140mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为2秒，各次喷涂时间间隔为4秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，中断喷涂，中断时间不超过1h，每5min测量一次涂层厚度。
喷涂过程中的温度控制及清理同实施例1。
喷涂的涂层厚度为0.10mm。
清理及结束后进行后续的机加工同实施例1。
采用上述方法进行三次喷涂修复，得到的修复零件分别为4号零件、5号零件和6号零件。
采用Axiovert 405M型金相显微镜对1号零件涂层进行金相试验，放大倍数为50倍，金相微观组织如图2所示。
采用AG-250KNE型万能材料拉力试验机对4号零件、5号零件和6号零件涂层进行结合强度试验，零件涂层结合强度分别为34.1MPa、44.0MPa、38.7MPa，平均值为38.93MPa。
实施例3
清洗、吹砂、保护步骤同实施例1。
采用的喷涂材料为METC051F-NS，成分为含Al11wt％，Fe1.3wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为100℃，时间为1h。
喷涂材料的粒度组成同实施例1。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.50MPa，流量为2.6m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.38MPa，流量为0.32m3/h；送粉气为氩气，压力为0.50MPa，流量为1.4m3/h，电流为500A，电压为55V，送粉速率为35g/min，喷涂距离为100～120mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为3秒，各次喷涂时间间隔为5秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，中断喷涂，中断时间不超过1h，每10min测量一次涂层厚度。
喷涂过程中的温度控制及清理同实施例1。
喷涂的涂层厚度为0.40mm。
清理及结束后进行后续的机加工同实施例1。
采用上述方法进行三次喷涂修复，得到的修复零件分别为7号零件、8号零件和9号零件。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对7号零件涂层进行HB硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为48、50、54、52、52，平均值为51.2。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对8号零件涂层进行HR15Y硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为75、74、71、85、82，平均值为77.4。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对9号零件涂层进行HR15Y硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为86、89、87、92、87，平均值为88.2。
实施例4
清洗、吹砂、保护步骤同实施例1。
采用的喷涂材料为METC051F-NS，成分为含Al9wt％，Fe1.5wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为80℃，时间为2h。
喷涂材料的粒度组成同实施例1。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.54MPa，流量为2.7m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.40MPa，流量为0.34m3/h；送粉气为氩气，压力为0.54MPa，流量为1.6m3/h，电流为420A，电压为50V，送粉速率为45g/min，喷涂距离为120～140mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为4秒，各次喷涂时间间隔为3秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，中断喷涂，中断时间不超过1h，每12min测量一次涂层厚度。
喷涂过程中的温度控制及清理同实施例1。
喷涂的涂层厚度为0.30mm。
清理及结束后进行后续的机加工同实施例1。
采用上述方法进行三次喷涂修复，得到的修复零件分别为10号零件、11号零件和12号零件。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对10号零件涂层进行HB硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为50、50、55、51、53，平均值为51.8。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对11号零件涂层进行HR15Y硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为75、76、85、71、84，平均值为78.2。
采用HBRV-187.5型布洛维硬度计对12号零件涂层进行HR15Y硬度测试，该零件涂层的5点硬度值分别为84、87、87、86、90，平均值为86.8。
实施例5
清洗、吹砂、保护步骤同实施例1。
采用的喷涂材料为METC051F-NS，成分为含Al10wt％，Fe1.1wt％，余量为Cu；喷涂材料在使用前烘干，烘干温度为100℃，时间为1h。
喷涂材料的粒度组成同实施例1。
采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到零件的待喷涂区域，喷涂参数为：主气为氩气，氩气压力为0.58MPa，流量为2.8m3/h；次气为氢气，氢气压力为0.42MPa，流量为0.36m3/h；送粉气为氩气，压力为0.58MPa，流量为1.8m3/h，电流为500A，电压为55V，送粉速率为60g/min，喷涂距离为100～120mm，喷涂角度为60°～90°。
喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为5秒，各次喷涂时间间隔为5秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，中断喷涂，中断时间不超过1h，每15min测量一次涂层厚度。
喷涂过程中的温度控制及清理同实施例1。
喷涂的涂层厚度为0.50mm。
清理及结束后进行后续的机加工同实施例1。
采用上述方法进行三次喷涂修复，得到的修复零件分别为13号零件和14号零件。
对13号零件涂层进行弯曲试验，弯曲角度大于90°；Cu-Al涂层随着基体的弯曲一起变形，涂层有轻微裂纹，但未出现剥落和剥离现象。
对14号零件涂层进行弯曲试验，弯曲角度大于90°；Cu-Al涂层随着基体的弯曲一起变形，涂层有轻微裂纹，但未出现剥落和剥离现象。
Claims (10)
1、一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于：采用等离子喷涂方法对滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面进行修复，其步骤包括(1)清洗滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面；(2)将滑油泵壳体衬套放入吹砂机内吹砂；(3)采用耐热遮蔽物对滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面的周边部分进行保护；(4)采用等离子喷涂设备将喷涂材料喷涂到滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面，喷涂材料为METCO51F-NS，成分按重量百分比为含Al9～11wt％，Fe0.7～1.5wt％，余量为Cu，喷涂参数为：氩气压力0.42～0.58MPa，流量2.2～2.8m3/h；氢气压力0.35～0.42MPa，流量0.28～0.36m3/h；送粉气为氩气，压力为0.42～0.58MPa，流量为1.0～2.0m3/h，电流为450～500A，电压为45～55V，送粉速率为25～60g/min，喷涂距离为100～140mm，喷涂角度为60°～90°。
2、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于所述的喷涂材料的粒度组成为：粒度大于200目部分在喷涂材料中的含量≤0.5wt％，粒度在200～270目之间的部分在喷涂材料中的含量≤10.0wt％，粒度在270～325目之间的部分在喷涂材料中的含量≤25.0wt％，粒度小于325目的部分在喷涂材料中的含量≥64.5％。
3、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于喷涂前需要将喷涂材料烘干，烘干温度为80～100℃，时间为1～2h。
4、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于所述的滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面为弧形，面积小于2.5cm2。
5、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于喷涂需待焰流和送粉速率稳定后开始；每次喷涂时间为1～5秒，相邻两次喷涂时间间隔为3～5秒；当需要测量涂层厚度和降低零件温度时，允许中断喷涂，中断时间不超过1h；每5～15min测量一次涂层厚度。
6、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于喷涂的涂层厚度为0.10～0.50mm。
7、根据权利要求1所述的一种等离子热喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于所述的保护方法为：采用耐热遮蔽物对滑油泵壳体衬套的窄弧凸台端面周边部分进行遮蔽，耐热遮蔽物为耐高温胶带或者专用夹具。
8、根据权利要求1所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于当滑油泵壳体衬套材质为铝青铜时，喷涂时保持滑油泵壳体衬套的温度不超过200℃，当所喷涂的滑油泵壳体衬套材质为钛合金、镁合金或铝合金时，滑油泵壳体衬套温度不超过120℃；当零件和涂层过热时，采用经过油水分离器过滤的压缩空气冷却零件。
9、根据权利要求1所述的的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于步骤(2)所述的吹砂：吹砂磨料为白刚玉砂、石英砂或者灰刚玉砂，粒度为36～80目，吹砂风压为0.20～0.40MPa，吹砂距离为100～150mm，吹砂角度为60°～75°。
10、根据权利要求9所述的一种等离子喷涂Cu-Al涂层修复滑油泵壳体衬套的方法，其特征在于所述的吹砂；其操作应保持良好的清洁状态；吹砂后的滑油泵壳体衬套零件表面为均匀无金属光泽的粗糙表面。
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2008
- 2008-11-21 CN CNA2008102289311A patent/CN101403086A/zh active Pending
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