CN108796422A - 纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面修复技术领域，涉及一种纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法。采用同母材的纯铜金属粉末在纯铜试棒上进行了爆炸喷涂和激光重熔的复合修复试验，实验结果显示，采用爆炸喷涂和激光重熔复合修复技术获得的修复接头界面处实现很好的冶金结合，界面处无裂纹和气孔，修复区内部的气孔缺陷出现了大幅减少，如图2所示。由此可见，采用爆炸喷涂和激光重熔复合修复技术修复纯铜零件能显著提高修复层与基体的结合力，能够解决再服役过程中修复层剥落问题，从而进一步提高航空纯铜零件的服役寿命。

Description

纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法
技术领域
本发明属于表面修复技术领域，涉及一种纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法。
背景技术
纯铜具有优良的导电性、导热性，从而成为电子、船舶和航空等领域中高效导热和导电零部件的优选材料。为了减轻航空飞行器的重量，采用纯铜材料制备的导电零件普遍采用薄壁结构，然而部分转动的航空导电零件在长期服役后，在表面易出现磨损、划伤等损伤，这些损伤导致航空飞行器在后续服役时存在严重的安全隐患。由于这些零件壁薄，且纯铜的焊接性较差，目前飞机维修厂主要采用爆炸喷涂方法进行表面恢复尺寸修复。但发现在后续服役时，常出现修复涂层剥落现象。根据对涂层剥落现象的失效分析发现，爆炸喷涂修复层与纯铜基体界面处的连接为不连续的机械嵌合，而且界面处和修复区内普遍存在大量气孔和松孔，如图1所示。这导致爆炸喷涂修复层与纯铜基体的界面结合力非常弱，从而导致了服役过程的涂层剥落。
因此迫切需要寻求或发明一种能够提高纯铜零件表面损伤修复界面结合力的新型修复技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高修复界面结合力的纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法。
本发明的技术方案是：复合修复方法包括以下步骤：
(1)修复前表面清理，采用机械法打磨零件表面损伤区域，露出金属光泽即停止打磨，同时采用丙酮或酒精擦洗待修复区域；
(2)非喷涂区域保护，采用胶带均匀缠绕零件非待修复区表面，防止后续吹砂工序影响非修复区域的表面状态和质量；
(3)待修复区表面吹砂，将缠绕着保护胶带的待修复零件进行表面吹砂，增加待修区的表面粗糙度；
(4)爆炸喷涂和激光重熔修复，当待修复区深度小于等于0.5mm时，按如下步骤，
1)爆炸喷涂涂层，以纯铜金属粉末作为喷涂修复材料，粉末粒度为15～106μm，同时以氧气为助燃气、乙炔为燃气、氩气作为送粉气，根据待修复区的深度，采用爆炸喷涂方式在待修复区域均匀涂覆，最大涂覆厚度不大于0.6mm，并保留0.1～0.2mm的加工余量；
2)激光重熔修复，采用激光重熔方法对爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数为：激光功率2500～5000W，光斑直径0.3～0.8mm，速率320～600mm/min，保护气体10～20L/min；
当待修复区深度大于0.5mm时，重新对激光重熔修复后的表面进行吹砂，然后重复上述爆炸喷涂和激光重熔修复步骤，最后一次爆炸喷涂后，保留0.1～0.2mm的加工余量，再进行激光重熔；
(5)表面机械加工，采用磨削、铣削等方式加工修复区域，恢复零件尺寸，满足装配要求；
(6)无损检测，采用荧光探伤和X射线方法，对修复位置及其周围区域进行检查，要求无裂纹和未熔合缺陷。
所述在爆炸喷涂结束后，目视检查待修复区域，爆炸喷涂修复的工艺参数为：助燃气工作压力为0.3～0.8MPa、流量为0.6～1.3m3/h，燃气工作压力为0.05～0.15MPa、流量为0.8～1.5m3/h，送粉气工作压力为0.12～0.20MPa、流量为0.25～0.5m3/h，喷涂距离为160～180mm。
所述激光重熔修复的重熔搭接率为40～60％。
本发明具有的优点和有益效果：
爆炸喷涂结合激光重熔修复是一种新型的复合修复方法，既继承了爆炸喷涂修复的优势，即在待修复表面能够形成一层厚度可精确控制的均匀修复层，且对基体的影响非常小，不会引起薄壁结构的变形。同时，爆炸喷涂的涂层表面粗糙度较高，有助于避免后续激光重熔修复过程发生激光反射现象，从而能够通过激光重熔技术使得修复层与零件基体形成稳定的冶金结合，而且通过激光重熔形成的熔池，可以促使爆炸喷涂涂层中的气体溢出，减少内部气孔等缺陷，从而提高修复区的内部质量。
采用同母材的纯铜金属粉末在纯铜试棒上进行了爆炸喷涂和激光重熔的复合修复试验，实验结果显示，采用爆炸喷涂和激光重熔复合修复技术获得的修复接头界面处实现很好的冶金结合，界面处无裂纹和气孔，修复区内部的气孔缺陷出现了大幅减少，如图2所示。由此可见，采用爆炸喷涂和激光重熔复合修复技术修复纯铜零件能显著提高修复层与基体的结合力，能够解决再服役过程中修复层剥落问题，从而进一步提高航空纯铜零件的服役寿命。
因此该发明的成果可直接用于纯铜零件表面磨损、划伤等表面损伤的修复，既能节约损伤零件的维护成本，也为飞机上其他铜及铜合金零件的表面损伤问题提供技术支持。
附图说明
图1是采用爆炸喷涂技术修复的纯铜接头试样。
图2是本发明采用爆炸喷涂和激光重熔复合技术修复的纯铜接头试样。
具体实施方式
以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：
根据待修复纯铜零件在飞机上的安装部位和功能，分析需待修复部位的损伤情况和原因，确认待修复部位的结构、壁厚情况和待修复区厚度，结合爆炸喷涂和激光重熔技术的特点，明确爆炸喷涂和激光修复工艺参数范围，通过以上分析和确认，实施以下具体步骤：
该方法的步骤是：
(1)修复前表面清理，采用机械法打磨零件表面损伤区域，露出金属光泽即停止打磨，同时采用丙酮或酒精擦洗待修复区域；
(2)非喷涂区域保护，采用胶带均匀缠绕零件非待修复区表面，防止后续吹砂工序影响非修复区域的表面状态和质量；
(3)待修复区表面吹砂，将缠绕着保护胶带的待修复零件进行表面吹砂，增加待修区的表面粗糙度，以促进后续爆炸喷涂涂层与待修复表面的结合；
(4)爆炸喷涂和激光重熔修复，当待修复区深度小于等于0.5mm时，按如下步骤，
1)爆炸喷涂涂层，以纯铜金属粉末作为喷涂修复材料，粉末粒度为15～106μm，同时以氧气为助燃气、乙炔为燃气、氩气作为送粉气，根据待修复区的深度，采用爆炸喷涂方式在待修复区域均匀涂覆，最大涂覆厚度不大于0.6mm，并保留0.1～0.2mm的加工余量；
2)激光重熔修复，采用激光重熔方法对爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数为：激光功率2500～5000W，光斑直径0.3～0.8mm，速率320～600mm/min，保护气体10～20L/min；
当待修复区深度大于0.5mm时，重新对激光重熔修复后的表面进行吹砂，然后重复上述爆炸喷涂和激光重熔修复步骤，最后一次爆炸喷涂后，保留0.1～0.2mm的加工余量，再进行激光重熔；
(5)表面机械加工，采用磨削、铣削等方式加工修复区域，恢复零件尺寸，满足装配要求；
(6)无损检测，采用荧光探伤和X射线方法，对修复位置及其周围区域进行检查，要求无裂纹和未熔合缺陷。
所述在爆炸喷涂结束后，目视检查待修复区域，爆炸喷涂修复的工艺参数为：助燃气工作压力为0.3～0.8MPa、流量为0.6～1.3m3/h，燃气工作压力为0.05～0.15MPa、流量为0.8～1.5m3/h，送粉气工作压力为0.12～0.20MPa、流量为0.25～0.5m3/h，喷涂距离为160～180mm。
所述激光重熔修复的重熔搭接率为40～60％。
具体实例一
采用爆炸喷涂和激光重熔的复合修复技术修复某型飞机450电机电梳(换向器)表面的磨损损伤，具体步骤如下：
1.电机电梳表面的磨损情况确认
某型飞机450电机电梳，材料为TU1纯铜，在电机的电梳表面出现均匀磨损，超差尺
寸约为0.3mm。
2.修复过程和检查
(1)修复前表面清理，采用机械法打磨表面损伤区域，露出金属光泽即停止打磨，打磨的待修复区深度约为0.5mm，然后采用丙酮或酒精擦洗待修复区域；
(2)非喷涂区域保护，采用胶带均匀缠绕零件非待修复区表面，防止后续吹砂工序影响非修复区域的表面状态和质量；
(3)待修复区表面吹砂，将缠绕着保护胶带的待修复零件进行表面吹砂，增加待修区的表面粗糙度，以促进后续爆炸喷涂涂层与待修复表面的结合，吹砂工艺参数为：干吹砂，砂粒度约为150μm，吹气压力0.25MPa，时间是30s；
(4)爆炸喷涂涂层，以纯铜金属粉末作为喷涂修复材料，粉末粒度为15～106μm，同时以氧气为助燃气、乙炔为燃气、氩气作为送粉气，采用爆炸喷涂方式在待修复区域均匀涂覆0.6mm的涂层，在喷涂结束后，目视检查涂层，爆炸喷涂修复的工艺参数为：助燃气工作压力为0.6MPa、流量为1.2m3/h，燃气工作压力为0.1MPa、流量为1.0m3/h，送粉气工作压力为0.15MPa、流量为0.4m3/h，喷涂距离为180mm；
(5)激光重熔修复，采用激光重熔方法对爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数为：激光功率4000W，光斑直径0.8mm，速率480mm/min，保护气体15L/min，重熔的搭接率50％；
(6)表面机械加工，采用磨床磨削方式加工修复区域，恢复零件尺寸，并满足装配要求；
(7)无损检测，采用荧光探伤和X射线方法，对修复位置及其周围区域进行检查，未发现裂纹和未熔合缺陷。
具体实例二
采用爆炸喷涂和激光重熔的复合修复技术修复某型飞机450电机电梳(换向器)表面的局部划伤，具体步骤如下：
1.电机电梳表面的局部划伤情况确认
某型飞机450电机电梳，材料为TU1纯铜，在电机的电梳表面出现局部划伤，最大划伤深度为0.8mm。
2.修复过程和检查
(1)修复前表面清理，采用机械法打磨表面损伤区域，露出金属光泽即停止打磨，打磨的待修复区深度约为0.9mm，然后采用丙酮或酒精擦洗待修复区域；
(2)非喷涂区域保护，采用胶带均匀缠绕零件非待修复区表面，防止后续吹砂工序影响非修复区域的表面状态和质量；
(3)待修复区表面吹砂，将缠绕着保护胶带的待修复零件进行表面吹砂，增加待修区的表面粗糙度，以促进后续爆炸喷涂涂层与待修复表面的结合，吹砂工艺参数为：干吹砂，砂粒度约为150μm，吹气压力0.25MPa，时间是30s；
(4)爆炸喷涂涂层，以纯铜金属粉末作为喷涂修复材料，粉末粒度为15～106μm，同时以氧气为助燃气、乙炔为燃气、氩气作为送粉气，采用爆炸喷涂方式在待修复区域均匀涂覆0.5mm的涂层，在喷涂结束后，目视检查待修复区域，爆炸喷涂修复的工艺参数为：助燃气工作压力为0.6MPa、流量为1.2m3/h，燃气工作压力为0.1MPa、流量为1.0m3/h，送粉气工作压力为0.15MPa、流量为0.35m3/h，喷涂距离为180mm；
(5)激光重熔修复，采用激光重熔方法对爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数为：激光功率3500W，光斑直径0.8mm，速率500mm/min，保护气体15L/min，重熔的搭接率50％；
(6)激光重熔区表面吹砂，采用胶带均匀缠绕零件激光重熔区表面，增加该区域的表面粗糙度，吹砂工艺参数为：干吹砂，砂粒度约为150μm，吹气压力0.25MPa，时间是30s；
(7)二次爆炸喷涂涂层，爆炸喷涂涂层厚度和工艺与步骤(4)相同；
(8)二次激光重熔修复，采用激光重熔方法对二次爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数与步骤(5)相同；
(9)表面机械加工，采用磨床磨削方式加工修复区域，恢复零件尺寸，并满足装配要求；
(10)无损检测，采用荧光探伤和X射线方法，对修复位置及其周围区域进行检查，未发现裂纹和未熔合缺陷。
与现有技术相比，采用本发明技术方案修复的纯铜零件无裂纹和未熔合缺陷，变形可控，能满足装配要求，且过程工艺稳定，重复性好，技术成熟，可进行广泛推广。

Claims (3)

1.一种纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法，其特征在于：复合修复方法包括以下步骤：
(1)修复前表面清理，采用机械法打磨零件表面损伤区域，露出金属光泽即停止打磨，同时采用丙酮或酒精擦洗待修复区域；
(2)非喷涂区域保护，采用胶带均匀缠绕零件非待修复区表面，防止后续吹砂工序影响非修复区域的表面状态和质量；
(3)待修复区表面吹砂，将缠绕着保护胶带的待修复零件进行表面吹砂，增加待修区的表面粗糙度；
(4)爆炸喷涂和激光重熔修复，当待修复区深度小于等于0.5mm时，按如下步骤，
1)爆炸喷涂涂层，以纯铜金属粉末作为喷涂修复材料，粉末粒度为15～106μm，同时以氧气为助燃气、乙炔为燃气、氩气作为送粉气，根据待修复区的深度，采用爆炸喷涂方式在待修复区域均匀涂覆，最大涂覆厚度不大于0.6mm，并保留0.1～0.2mm的加工余量；
2)激光重熔修复，采用激光重熔方法对爆炸喷涂的涂层进行表面加热重熔，激光重熔修复的工艺参数为：激光功率2500～5000W，光斑直径0.3～0.8mm，速率320～600mm/min，保护气体10～20L/min；
当待修复区深度大于0.5mm时，重新对激光重熔修复后的表面进行吹砂，然后重复上述爆炸喷涂和激光重熔修复步骤，最后一次爆炸喷涂后，保留0.1～0.2mm的加工余量，再进行激光重熔修复；
(5)表面机械加工，采用磨削、铣削等方式加工修复区域，恢复零件尺寸，满足装配要求；
(6)无损检测，采用荧光探伤和X射线方法，对修复位置及其周围区域进行检查，要求无裂纹和未熔合缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法，其特征在于：所述在爆炸喷涂结束后，目视检查待修复区域，爆炸喷涂修复的工艺参数为：助燃气工作压力为0.3～0.8MPa、流量为0.6～1.3m3/h，燃气工作压力为0.05～0.15MPa、流量为0.8～1.5m3/h，送粉气工作压力为0.12～0.20MPa、流量为0.25～0.5m3/h，喷涂距离为160～180mm。
3.根据权利要求1所述的一种纯铜零件表面损伤的爆炸喷涂和激光重熔的复合修复方法，其特征在于：所述激光重熔修复的重熔搭接率为40～60％。
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