CN104928676B - 一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料的制备方法，属于表面涂层领域。材料质量百分比如下：C：0.65～1.45wt％；Co:5.24～6.93wt％；Cr：8.72～10.27wt％；Ni：4.02～5.53wt％；Mo：4.11～5.64wt％；W：4.31～5.74wt％；Mn：0.79～0.99wt％，Nb：0.95～1.15wt％；V：0.91～1.11wt％；Ti：1.25～1.45wt％；Fe：59.74～69.05wt％。制备方法包括以下步骤：在待修复区域，制得厚度0.3～0.6mm合金涂层，激光功率5000～6000W，扫描速率750～950mm/min，搭接率20％～30％，送粉速率35～45g/min，粉末束流与激光束夹角为45°～55°，光斑直径3‑6mm，在氩气保护下进行。本发明在基材表面形成一定厚度的无气孔、裂纹等缺陷，冶金质量良好的耐磨抗蚀合金涂层。

Description

一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂层材料的制备方法，更是一种耐磨、耐蚀的涂层材料的在飞机起落架高强钢待修复区域制得耐磨抗蚀涂层的制备方法。
背景技术
超高强度钢因其特有的高强度、高弹性模量、刚性模量及其它优异性能在飞机起落架上得到广泛应用。然而，由于飞机起落架经常曝露在多变的海洋腐蚀环境中，同时还受到各种操作因素的影响，容易造成起落架及其构件的腐蚀失效；又因为起落架在收放过程中零部件之间会产生摩擦，所以起落架及其构件的磨损也较快，特别是支柱外筒轴颈处，它的磨损常导致起落架收放故障。腐蚀与磨损问题严重影响了飞机使用的可靠性和安全性，因此，对材料提出了更高的要求：既要保持心部的强韧性，又要提高其表面的耐磨抗蚀性能。
采用表面处理技术，在Aermet100、300M、AF1410等高强钢制作的起落架零部件待修复区制备一层耐磨抗蚀合金涂层，是提高飞机起落架耐磨抗蚀性能的最有效和最经济的措施之一，是解决在飞机起落架零部件待修复区制成耐磨抗蚀涂层，实现起落架表面强化和修复的最有效方法。
激光熔覆作为一种先进的表面改性技术，可显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。与热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系更广泛，熔覆层稀释率可控，可获得无气孔、裂纹等缺陷的高质量熔覆层，熔覆层与基体为冶金结合，基体热变形小，工艺易于实现自动化等。因此，在飞机起落架零部件表面上制备激光熔覆合金涂层，可显著提高其表面耐磨、耐蚀及抗高温氧化等性能，实现对飞机起落架零部件的强化和修复。
发明内容
本发明的目标是实现对飞机起落架零部件的强化和修复，提供一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料，大大提高起落架零部件的耐磨、耐蚀及抗高温氧化性能。
本发明的一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料，其特征在于各组分的质量百分比如下：C：0.65～1.45wt％；Co:5.24～6.93wt％；Cr：8.72～10.27wt％；Ni：4.02～5.53wt％；Mo：4.11～5.64wt％；W：4.31～5.74wt％；Mn：0.79～0.99wt％，Nb：0.95～1.15wt％；V：0.91～1.11wt％；Ti：1.25～1.45wt％；Fe：59.74～69.05wt％。在Aermet100、300M、AF1410等起落架高强钢的待修复区域，采用激光熔覆的方式制得厚度0.3～0.6mm合金涂层，其中激光熔覆所用工艺参数为：激光功率范围5000～6000W，激光扫描速率750～950mm/min，搭接率20％～30％，送粉速率35～45g/min，所输送的粉末束流与激光束夹角为45°～55°，光斑直径3～6mm，在氩气保护下进行,保护气流量50～60L/min。
本发明主要用于在飞机起落架零部件表面上制成耐磨抗蚀涂层，实现对飞机起落架的强化和修复。
附图说明
图1是实例1激光熔覆合金涂层整体形貌SEM照片
图2是实例1、2、3激光熔覆合金涂层与Aermet100、300M、AF1410磨损失重对比
图3是实例1、2、3激光熔覆合金涂层动电位极化曲线
图4是实例1激光熔覆合金涂层硬度分布曲线
具体实施方式：
实施例1
包括如下步骤：
(1)合金粉末的各组分按质量百分比设计为：C：1.45wt％；Co:6.93wt％；Cr：10.27wt％；Ni：5.53wt％；Mo：5.64wt％；W：5.74wt％；Mn：0.99wt％，Nb：1.15wt％；V：1.11wt％；Ti：1.45wt％；Fe：59.74wt％。按上述组分的质量百分比称量该配比的单元素粉末，在球磨机中进行粉末混合1.5小时，混合后得到均匀粉体；
(2)将粉末在干燥箱内烘干2.5小时，干燥温度为100摄氏度；
(3)将直径尺寸为200mm的Aermet100高强钢起落架待修复区域，用丙酮清洗擦拭干净，去除表面的油污和杂质；
(4)采用半导体激光器在Aermet100材料表面制备合金熔覆层，激光熔覆工艺参数为：所输送的粉末束流与激光束呈55°，粉末束流与激光束相交于零件表面，激光功率为6000W，光束扫描速度为950mm/min，搭接率20％，光斑直径6mm，激光熔覆过程采用流量为60L/min的氩气保护，送粉速率45g/min。所得合金涂层厚度为0.6mm。
下面对本实施例得到的合金涂层进行各种性能测试。
1、电化学实验
用CHI660D电化学工作站对涂层进行极化曲线测试，实验在室温下进行，电解液为质量百分比浓度3.5％NaCl溶液，，pH值为6.5～7.2，采用三电极体系：试样为工作电极，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，电位扫描范围为-800～800mV，扫描速度为20mV/s，测得涂层材料的腐蚀电流密度为1.118×10-6A/cm-2(如图3所示)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
用HV-1000型显微硬度计进行硬度测试，载荷为50g，加载时间为10s，对激光熔覆层表面进行多点测试并计算平均值，其表层硬度值为HRC62.7，明显高于基体的硬度。
3、摩擦磨损性能测试
在MMG-10型摩擦磨损实验机上对涂层进行滑动干摩擦磨损实验，上试样为环状对磨件，材质为退火态的GCr15钢，尺寸为外径28mm、内径22mm、高度12mm，下试样为含修复基材的待测涂层，尺寸为直径43mm、厚度为4mm(其中包含所得涂层厚度)，磨损面为合金涂层，涂层表面用2000#砂纸打磨平整。实验温度为室温，转速为100r/min，加载力为100N，运行时间为0.5h，测得涂层磨损失重为2.1mg(如图2所示)，具有优良的耐磨损性能。
实施例2
包括如下步骤：
(1)合金粉末的各组分按质量百分比设计为：C：0.75wt％；Co:6.53wt％；Cr：10.05wt％；Ni：5.25wt％；Mo：5.34wt％；W：5.52wt％；Mn：0.89wt％，Nb：1.05wt％；V：1.01wt％；Ti：1.35wt％；Fe：62.26wt％。按上述组分的质量百分比称量该配比的单元素粉末，在球磨机中进行粉末混合3小时，混合后得到均匀粉体；
(2)将粉末在干燥箱内烘干3小时，干燥温度为110摄氏度；
(3)将直径尺寸为170mm的300M高强钢起落架待修复区域，用丙酮清洗擦拭干净，去除表面的油污和杂质；
(4)采用光纤激光器在材质300M的起落架表面制备合金熔覆层，激光熔覆制备过程的工艺参数为：所输送的粉末束流与激光束呈50°，粉末束流与激光束相交于零件表面，激光功率为5500W，光束扫描速度为850mm/min，搭接率25％，光斑直径4.5mm，激光熔覆过程采用流量为55L/min的氩气保护，送粉速率40g/min。所得合金涂层厚度为0.45mm。
下面对本实施例得到的合金涂层进行各种性能测试。
1、电化学实验
实验方法同实例1，测得涂层材料的腐蚀电流密度为1.386×10-6A/cm-2(如图3所示)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
实验方法同实例1，其表层硬度值为HRC64.5，明显高于基体的硬度。
3、摩擦磨损性能测试
实验方法同实例1，测得涂层磨损失重为5.3mg，(如图2所示)，具有优良的耐磨损性能。
实施例3
(1)合金粉末的各组分按质量百分比设计为：C：0.65wt％；Co:5.24wt％；Cr：8.72wt％；Ni：4.02wt％；Mo：4.11wt％；W：4.31wt％；Mn：0.79wt％，Nb：0.95wt％；V：0.91wt％；Ti：1.25wt％；Fe：69.05wt％。按上述组分的质量百分比称量该配比的单元素粉末，在球磨机中进行粉末混合4.5小时，混合后得到均匀粉体；
(2)将粉末在干燥箱内烘干3.5小时，干燥温度为120摄氏度；
(3)将直径尺寸为150mm的AF1410高强钢起落架待修复区域，用丙酮清洗擦拭干净，去除表面的油污和杂质；
(4)采用CO2激光器在AF1410起落架材料表面制备Ni基合金熔覆层，激光熔覆制备过程的工艺参数为：所输送的粉末束流与激光束呈45°，粉末束流与激光束相交于零件表面，激光功率为5000W，光束扫描速度为750mm/min，搭接率30％，光斑直径3mm，激光熔覆过程采用流量为50L/min的氩气保护，送粉速率35g/min。所得合金涂层厚度为0.3mm。
下面对本实施例得到的合金涂层进行各种性能测试。
1、电化学实验
实验方法同实例1，测得涂层材料的腐蚀电流密度为1.642×10-6A/cm-2(如图3所示)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
实验方法同实例1，其表层硬度值为HRC66.5，明显高于基体的硬度。
3、摩擦磨损性能测试
实验方法同实例1，测得涂层磨损失重为3.7mg，(如图2所示)，具有优良的耐磨损性能。

Claims (1)

1.一种用于强化和修复飞机起落架的涂层材料的制备方法，其特征在于,各组分的质量百分比如下：C：0.65～1.45wt％；Co:5.24～6.93wt％；Cr：8.72～10.27wt％；Ni：4.02～5.53wt％；Mo：4.11～5.64wt％；W：4.31～5.74wt％；Mn：0.79～0.99wt％，Nb：0.95～1.15wt％；V：0.91～1.11wt％；Ti：1.25～1.45wt％；Fe：59.74～69.05wt％；
在起落架钢的待修复区域，采用激光熔覆的方式制得厚度0.3～0.6mm合金涂层，其中激光熔覆所用工艺参数为：激光功率范围5000～6000W，激光扫描速率750～950mm/min，搭接率20％～30％，送粉速率35～45g/min，所输送的粉末束流与激光束夹角为45°～55°，光斑直径3～6mm，在氩气保护下进行,保护气流量50～60L/min。
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