CN111962057A - 用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合表面增强修复方法，尤其是公开了一种于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，属于航空发动机维修维护工艺技术领域。提供一种修复过程变形小，修复层孔隙率低，修复后耐磨性能显著增强的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法。所述的复合表面增强修复方法先以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，采用冷喷涂工艺在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合表面增强修复方法，尤其是涉及一种于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，属于航空发动机维修维护工艺技术领域。
背景技术
为降低重量，航空发动机部分零部件采用了铝合金材料，在转动或微动工作过程中，轴类铝合金容易产生磨损故障，深度在1mm以内。现有的传统堆焊技术，虽然堆焊材料与基体可实现牢固冶金结合，但远超过母材熔点的焊接高温，大热量输入，易造成产品严重变形，无法使用；而采用传统的等离子热喷涂技术，虽然对基材温度影响较小，不会产生较大变形，但涂层孔隙率较高，结合强度又偏低，容易导致使用过程中产生掉块或颗粒状脱落故障，影响发动机安全使用。
超音速冷喷涂，简称冷喷涂，是一种新型的材料表面涂层技术，在常温或较低温度下，由超音速气、固两项气流，使涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成涂层。由于没有高温加热涂层粉末，不存在高温氧化、气化、熔化、晶化，且粒子速率高，形成的涂层孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态，可以实现毫米级磨损铝合金轴的尺寸修复。但是冷喷涂纯铝的涂层硬度低于铝合金基材，不耐磨。
常用的提高铝合金耐磨性能的方法有氧化、电镀异种材料、冲击强化、气相扩散等，但增加尺寸有限，一般不超过0.3mm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种修复过程变形小，修复层孔隙率低，修复后耐磨性能显著增强的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，所述的复合表面增强修复方法先以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，采用冷喷涂工艺在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。
进一步的是，在对磨损铝合金轴进行冷喷涂前先对磨损外圆进行车削加工，以消除偏心，其中车削加工最大去除厚度≤2mm。
上述方案的优选方式是，车削消偏后的加工表面的粗糙度Ra≤1.6μm。
进一步的是，对磨损铝合金轴冷喷涂复合增加表面后还要进行车外圆加工，将轴加工至磨损前原始尺寸，然后再进行表面硬质阳极化处理，其中车削加工后的加工表面的粗糙度≤0.8μm。
上述方案的优选方式是，待表面硬质阳极化处理后，再进行磨外圆加工，将其外径加工至图样尺寸，磨外员加工后的表面粗糙度Ra≤0.4μm。
进一步的是，表面硬质阳极化处理后的铝合金修复轴表面的硬度HV≥300。
上述方案的优选方式是，在对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂前，先采用铜皮对非喷涂区进行保护，然后再进行冷喷涂。
进一步的是，对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂时，依据轴磨损量确定喷涂厚度，单边涂层厚度控制在0.5mm～2mm之间，且预留0.2mm以上的加工余量。
进一步的是，整个冷喷涂过程中，轴的温度控制在不超过120℃的范围内。
本发明的有益效果是：本申请的复合表面增强修复方法以现有的冷喷涂技术为基础，以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理来获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。由于本申请提供的复合表面增强修复方法既没有远超母材熔点的高温，也没有大热量的输入，从而可以保证修复过程中铝合金轴的变形成可控的范围内，同时，又由于采用了冷喷涂技术以及形成复合涂层后还进行了表面硬质阳极化处理，从而不仅保证了复合涂层较低的孔隙率，以及较高的耐磨能力，达到复合后的复合表面涂层的增强功能。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种修复过程变形小，修复层孔隙率低，修复后耐磨性能显著增强的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法。所述的复合表面增强修复方法先以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，采用冷喷涂工艺在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。本申请的复合表面增强修复方法以现有的冷喷涂技术为基础，以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理来获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。由于本申请提供的复合表面增强修复方法既没有远超母材熔点的高温，也没有大热量的输入，从而可以保证修复过程中铝合金轴的变形成可控的范围内，同时，又由于采用了冷喷涂技术以及形成复合涂层后还进行了表面硬质阳极化处理，从而不仅保证了复合涂层较低的孔隙率，以及较高的耐磨能力，达到复合后的复合表面涂层的增强功能。
上述实施方式中，为提高复合表面增强修复的效果，尽可能的延长修复表面的使用寿命，本申请在对磨损铝合金轴进行冷喷涂前先对磨损外圆进行车削加工，以消除偏心，其中车削加工最大去除厚度≤2mm，并且使车削消偏后的加工表面的粗糙度Ra≤1.6。相应的，为了提高表面硬化处理效果，进而提高修复后的表面的整体质量，对磨损铝合金轴冷喷涂复合增加表面后还要进行车外圆加工，具体来说就是将轴加工至磨损前原始尺寸，然后再进行表面硬质阳极化处理，其中车削加工后的加工表面的粗糙度≤0.8μm。待表面硬质阳极化处理后，再进行磨外圆加工，将其外径加工至图样尺寸，磨外圆加工后的表面粗糙度Ra≤0.4μm。相应的，表面硬质阳极化处理后的铝合金修复轴表面的硬度HV≥300。
进一步的，为了在修复磨损部位时不致伤害到铝合金轴的其它部位，在对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂前，先采用铜皮对非喷涂区进行保护，然后再进行冷喷涂。当然，在对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂时，是依据轴磨损量来确定喷涂厚度，具体来说单边涂层厚度一般控制0.5mm～2mm，且预留0.2mm以上加工余量。而且在整个冷喷涂过程中，轴的温度控制在不超过120℃的范围内，以减小喷涂过程中铝合金轴的变形。
综上所述，本发明提供的修复方法具有铝合金轴磨损修复过程中零件温度低、无变形，修复涂层致密，与基体结合强度高，修复后表面硬度高、耐磨性能好等优点。与传统焊接和热喷涂相比，一是加工过程中零件温度不超过120℃，不会对基体材料组织与性能产生不良影响；二是涂层致密，孔隙率≤3％，结合强度较高，≥60MPa；三是修复应力小，不会导致轴变形，而且可修复厚度范围大，0.5mm～2mm；四是涂层经硬质阳极化处理后，轴的耐磨性能大幅提升；五是机械化程度高，可实现批量加工。
具体实施例
一种航空用铝合金轴磨损的表面增强修复方法，技术方案由以下组成：
1)车外圆：对磨损外圆进行车加工，消除偏心，最大去除厚度≤2mm。加工表面粗糙度Ra≤1.6；
2)采用超高速冷喷涂技术对加工表面喷涂纯铝粉：采用360目纯度≥99.9％的铝粉，用铜皮对非喷涂区进行保护，单边涂层厚度0.5mm～2mm，视轴磨损量而定，预留0.2mm以上加工余量，整个喷涂过程中，轴的温度不超过120℃；
3)车外圆：将轴加工至磨损前原始尺寸，粗糙度≤0.8μm；
4)表面硬质阳极化：首次用于冷喷涂纯铝涂层，对轴外圆进行硬化处理，提高表面硬度，达到HV≥300；
5)磨外圆：加工至图样尺寸，表面粗糙度Ra≤0.4μm。
实施例一
某型航空发动机压气机可调叶片，材料为2A70铝合金，其中上端固定轴直径为10mm，长度15mm，局部磨损深度0.3～1.0mm，图样要求周向跳动量≤5μm。
首先采用车加工，去除外圆局部磨损，根据车削加工后轴的直径，计算需要喷涂涂层的厚度，采用夹具对叶片非喷涂区进行保护后，用超高速冷喷涂纯铝粉工艺进行轴外径尺寸恢复，并预留一定的加工余量；车削加工至外圆直径小于图样尺寸0.1mm～0.2mm，然后对轴进行硬质阳极化；最后将轴外径磨削至图样尺寸，表面粗糙度≤0.4μm。修复后的可调叶片与新品一并装机运行一个翻修期后检查，修复叶片轴磨损量小于0.1mm，而新品叶片轴50％以上的磨损量都超过了0.3mm。
Claims (9)
1.一种用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：所述的复合表面增强修复方法先以粒径不超过360目纯度≥99.9％的铝粉作为原料，采用冷喷涂工艺在常温或较低温度下，通过超音速气、固两项气流，将涂层粉末在完全固态下高速撞击基体表面，发生强烈塑性变形并局部产生剪切射流而沉积形成孔隙率低、结合强度较高且是压应力状态的复合涂层，然后再对复合涂层进行表面硬质阳极化处理获得铝合金磨损轴增强的复合修改表面。
2.根据权利要求1所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：在对磨损铝合金轴进行冷喷涂前先对磨损外圆进行车削加工，以消除偏心，其中车削加工最大去除厚度≤2mm。
3.根据权利要求2所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：车削消偏后的加工表面的粗糙度Ra≤1.6μm。
4.根据权利要求1所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：对磨损铝合金轴冷喷涂复合增加表面后还要进行车外圆加工，将轴加工至磨损前的原始尺寸，然后再进行表面硬质阳极化处理，其中车削加工后的加工表面的粗糙度≤0.8μm。
5.根据权利要求4所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：待表面硬质阳极化处理后，再进行磨外圆加工，将其外径加工至图样尺寸，磨外员加工后的表面粗糙度Ra≤0.4μm。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：表面硬质阳极化处理后的铝合金修复轴表面的硬度HV≥300。
7.根据权利要求6所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：在对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂前，先采用铜皮对非喷涂区进行保护，然后再进行冷喷涂。
8.根据权利要求6所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：对铝合金磨损轴进行表面冷喷涂时，依据轴磨损量确定喷涂厚度，单边涂层厚度控制在0.5mm～2mm之间，且预留0.2mm以上的加工余量。
9.根据权利要求8所述的用于航空用铝合金轴磨损的复合表面增强修复方法，其特征在于：整个冷喷涂过程中，轴的温度控制在不超过120℃的范围内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201120 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |