CN106939421A - 一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法 - Google Patents

一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法 Download PDF

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张益豪
谢述锋
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Abstract

本发明涉及一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：首先，对铝合金壳体进行表面缺陷预处理，再进行冷喷砂粗化处理处理，然后进行冷喷涂沉积修复；将粒径20±5μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴2均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；最后，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。本发明解决了铝合金薄壁壳体在常规方法修复过程受热变形和冲击变形的问题，设备简单，维修成本低，并可满足现场应急修复的要求。

Description

一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法
技术领域
本发明涉及一种金属修复方法，具体的说是一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法。
背景技术
铝合金壳体一般分为铸造段和变形段，所用材料一般为铸造铝硅系铝合金和7000系变形铝合金，厚度约5-8mm，壳体的尺寸精度要求高，表面一般采用阳极氧化工艺处理。表面缺陷主要有表面刮伤、孔洞、裂纹、腐蚀或磨损等，目前的修复方法主要有两大类，即胶粘修补法和熔敷修补法。
胶粘修补法主要通过环氧树脂等胶粘剂在基体表面进行涂刷来实现表面的修复，该方法修复处的力学性能一般与母材相差较大，且受温度等影响显著，一般只作为临时或应急防腐功能修复。
熔敷修补法主要通过火焰、电弧、激光等热源将修补材料熔敷在基体表面形成冶金结合来实现表面尺寸和功能修复，如热喷涂、堆焊、钨极氩弧焊、激光熔覆等。
如申请号为201310264616.5的《工具钢的激光修复方法》发明专利中，采用功率为2.5－3.0KW、光斑尺寸为10mm×2mm的激光对需要修复的部位进行100－150mm/min的扫描，快速加热至金属的熔点，同时在熔化的金属表面添加合金粉末，使合金粉末与基体冶金结合。该发明的优点是热输入量小且易于控制，不会因应力集中而产生变形等缺陷。但由于铝合金熔点低、导热快、热容大且会对激光产生反射，容易导致铝合金壳体产生热变形，因此该方法不适合铝合金的表面缺陷修复。
申请号为200410083000.9的《铝轮毂铸造砂眼的修复技术》发明专利中，采用金属喷涂枪将经表面预处理后的铝轮毂表面瞬间加热至重熔状态，铝丝熔化呈液体状态，喷铸到铝轮毂的异形孔内进行修复，最后对表面进行抛光处理。该发明的优点是工艺简单、费用低、时间短，但不适合铝合金壳体等薄壁件的修复，加热至重熔状态工件发生变形。
从现有技术状态可知，目前的胶粘修补法和熔敷修补法均难以同时满足铝合金壳体对表面修复力学性能和变形控制的要求。胶粘修补法无法满足力学性能的要求以及后续表面阳极氧化的要求，一般只用作防腐功能的紧急修复。熔敷修补法通常由于热输入量较大在修复过程中容易造成壳体变形和力学性能衰减，降低尺寸精度。
发明内容
本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，解决铝合金薄壁壳体在常规方法修复过程受热变形和冲击变形的问题，设备简单，维修成本低，并可满足现场应急修复的要求。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为45±15μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴A均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数为：主气压力0.5-0.8Mpa，主气流量150-250L/min，主气温度25-100℃，载气压力1.0Mpa，载气流量50mL/min，送砂速率5－20g/min，喷砂距15-25mm，喷砂速度10-20mm/s；
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径20±5μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴B均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数为：主气压力0.8-1.1Mpa，主气流量275-320L/min ，主气温度350-550℃，载气压力1.2MPa ，载气流量50mL/min，送粉速率3－10g/min，喷涂距离10-25mm，喷涂速度5-20mm/s；
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
所述步骤（1）中通过车削、打磨手段去除表面腐蚀、磨损的缺陷层。
所述Al2O3或不锈钢粉末的颗粒为球形或非球形。
有益效果是：
本发明利用低压冷喷涂技术实现喷砂和沉积一体化，实现了铝合金薄壁壳体表面缺陷的修复，修复过程中铝合金壳体的温度不超过120℃，有效防止热输入量大导致的变形；冷喷砂过程铝合金壳体受微米级砂粒的冲蚀而实现表面粗化，有效防止常规喷砂时导致的冲击变形。冷喷砂和冷喷涂修复一体化工艺，有效提高了修复效率，且工艺简单，经济实用。修复层厚度可达5mm，与基体结合强度大于30MPa，可满足铝合金壳体表面缺陷的快速修复。
附图说明
图1是本发明低压冷喷涂修复技术原理图。
具体实施方式
一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为45±15μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴A均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数见表1所示。
表1 冷喷砂粗化工艺参数
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径20±5μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴B均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数见表2所示；
表2 冷喷涂修复工艺参数
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
所述步骤（1）中通过车削、打磨手段去除表面腐蚀、磨损的缺陷层。
所述Al2O3或不锈钢粉末的颗粒为球形或非球形。
本发明该修复技术主要工作原理是通过冷喷砂和冷喷涂一体化工艺实现待修复部位的表面粗化和修复，冷喷砂和冷喷涂均在同一装置中进行，如附图1所示，冷喷砂过程采用压缩空气通过缩放管加速陶瓷等颗粒，高速冲蚀待修复处实现表面粗化，冷喷涂过程喷射压力、砂粒种类和砂粒大小均精确可控，避免壳体在传统喷砂过程中产生冲击变形；冷喷涂沉积修复过程采用压缩空气通过缩放管加速与基体同材质的粉末颗粒，高速撞击待修复处实现沉积修复；该方法获得的修复层与基体结合强度高，与基体化学成分相同或相近，满足后续阳极氧化工艺；冷喷砂和冷喷涂采用同一装置，使用压缩空气作为加速气体，设备相对简单，修复成本低，且可满足现场应急修复的要求。
实施例1
对铝合金壳体表面缺陷预处理后，将粒径45±15um的Al2O3颗粒通过送粉器由注粉嘴1均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程。粗化工艺参数为：主气压力0.8MPa，主气流量250L/min，主气温度25℃，载气采用氩气，载气压力1.0MPa，载气流量50mL/min，送砂速率8g/min，喷砂距离20mm，喷砂速度10mm/s。喷砂粗化后，将粒径20±5um的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴2均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程。修复工艺参数为：主气压力1.0MPa，主气流量290L/min，主气温度425℃，载气采用氩气，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率5g/min，喷涂距离10mm，喷涂速度10mm/s。修复完成后将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
实施例2
对铝合金壳体表面缺陷预处理后，将粒径45±15um的Al2O3颗粒通过送粉器由注粉嘴1均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程。粗化工艺参数为：主气压力0.6MPa，主气流量210L/min，主气温度100℃，载气采用氩气，载气压力1.0MPa，载气流量50mL/min，送砂速率10g/min，喷砂距离20mm，喷砂速度15mm/s。喷砂粗化后，将粒径20±5um的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴2均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程。修复工艺参数为：主气压力1.1MPa，主气流量310L/min，主气温度450℃，载气采用氩气，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率6g/min，喷涂距离15mm，喷涂速度10mm/s。修复完成后将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
实施例3
对铝合金壳体表面缺陷预处理后，将粒径45±5um的不锈钢颗粒通过送粉器由注粉嘴1均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程。粗化工艺参数为：主气压力0.8MPa，主气流量250L/min，主气温度25℃，载气采用氩气，载气压力1.0MPa，载气流量50mL/min，送砂速率15g/min，喷砂距离20mm，喷砂速度15mm/s。喷砂粗化后，将粒径20±5um的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴2均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程。修复工艺参数为：主气压力1.1MPa，主气流量310L/min，主气温度450℃，载气采用氩气，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率8g/min，喷涂距离20mm，喷涂速度10mm/s。修复完成后将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
实施例4
一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为30μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴A均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数为：主气压力0.5Mpa，主气流量150L/min，主气温度25℃，载气压力1.0Mpa，载气流量50mL/min，送砂速率5g/min，喷砂距15mm，喷砂速度10mm/s；
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径20μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴B均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数为：主气压力0.8Mpa，主气流量275L/min，主气温度350℃，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率3g/min，喷涂距离10mm，喷涂速度5mm/s；
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
所述Al2O3或不锈钢粉末的颗粒为非球形。
实施例5
一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：通过打磨去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为45μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴A均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数为：主气压力0.7Mpa，主气流量200L/min，主气温度50℃，载气压力1.0Mpa，载气流量50mL/min，送砂速率15g/min，喷砂距20mm，喷砂速度15mm/s；
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径20±5μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴B均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数为：主气压力1.0Mpa，主气流量300L/min，主气温度350-550℃，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率7g/min，喷涂距离20mm，喷涂速度15mm/s；
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
所述Al2O3或不锈钢粉末的颗粒为球形。
实施例6
一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：通过车削去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为60μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴A均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数为：主气压力0.8Mpa，主气流量250L/min，主气温度100℃，载气压力1.0Mpa，载气流量50mL/min，送砂速率20g/min，喷砂距25mm，喷砂速度20mm/s；
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径25μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴B均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数为：主气压力1.1Mpa，主气流量320L/min，主气温度550℃，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率10g/min，喷涂距离25mm，喷涂速度20mm/s；
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。

Claims (3)

1.一种铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、表面缺陷预处理：去除铝合金壳体表面腐蚀、磨损的缺陷层，或对表面的孔洞、裂纹进行圆滑处理，削除尖锐部位和喷涂盲孔；并对表面进行去油除锈处理，最后采用喷砂胶带将不需要修复的部位进行遮蔽保护；
步骤二、冷喷砂粗化处理：将粒径为45±15μm的Al2O3或不锈钢粉末通过送粉器由注粉嘴1均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，冲蚀待修复表面实现粗化过程； 冷喷砂粗化的工艺参数为：主气压力0.5-0.8Mpa，主气流量150-250L/min，主气温度25-100℃，载气压力1.0Mpa，载气流量50mL/min，送砂速率5－20g/min，喷砂距15-25mm，喷砂速度10-20mm/s；
步骤三、冷喷涂沉积修复；将粒径20±5μm的与基体同材质的粉末通过送粉器由注粉嘴2均匀送入缩放管下游，在高速气流加速作用下，沉积在待修复表面实现修复过程；冷喷涂修复工艺参数为：主气压力0.8-1.1Mpa，主气流量275-320L/min ，主气温度350-550℃，载气压力1.2MPa，载气流量50mL/min，送粉速率3-10g/min，喷涂距离10-25mm，喷涂速度5-20mm/s；
步骤四、修复层光整加工；将遮蔽保护的喷砂胶带移除，采用磨削加工的方式对修复层进行光整加工，使修复处的表面质量达到基体相当水平。
2.如权利要求1所述铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，其特征在于：所述步骤（1）中通过车削、打磨去除表面腐蚀、磨损的缺陷层。
3.如权利要求1所述铝合金壳体的低压冷喷涂修复方法，其特征在于：所述Al2O3或不锈钢粉末的颗粒为球形或非球形。
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