CN114182248A - 一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞机零组件冷喷涂再制造技术领域，具体为一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，具体步骤如下：根据法兰盘特定结构设计专用的防护工装，采用与喷涂零件相同的铝合金材料制造喷涂试样，备用；使用防护工装对非喷涂部位进行遮蔽、防护，并对待喷涂部位进行去除腐蚀处理；取出防护工装，并对待喷涂部位进行清洗、干燥。本发明通过提供一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，实现了孔底腐蚀的排除、深孔孔壁的防护、低温喷涂增材、喷涂质量定性、定量评定、创新非对称的旋转体深孔结构后加工工艺，解决了孔底腐蚀的法兰盘无法修复，导致被迫停用的难题，解决了一直以来的防腐难题,提高部件防腐蚀能力。

Description

一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法
技术领域
本发明涉及飞机零组件冷喷涂再制造技术领域，具体为一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法。
背景技术
某型液冷泵是飞机液冷系统的动力源，是复杂的机电一体化产品，工作介质为冷却液，其法兰盘是冷却泵壳体与电动机的连接件，材质为铝合金，结构属于非对称旋转体，如图1所示。由于其特定的工作介质和结构，Ф26A孔底部极易发生腐蚀，当腐蚀排除后，孔底尺寸及表面形态偏离了设计状态，必须进行修复。由于该零件孔径小(≤Ф30mm)、孔深大(＞39mm)，难以采用熔焊、激光熔覆等方法对孔底进行增材修复；适用于铝合金的高压冷喷涂因喷枪尺寸较大无法使用，低压冷喷涂喷枪尺寸小、灵活性高，但由于该零件孔径小、孔深大，常规的冷喷涂防护方法难以实现非喷涂表面的有效防护、喷涂质量也难以保证和评定，且非对称的旋转体深孔结构难以实现喷涂后加工达到规定的尺寸精度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，具体步骤如下：
(一)根据法兰盘特定结构设计专用的防护工装，采用与喷涂零件相同的铝合金材料制造喷涂试样，备用；
(二)使用防护工装对非喷涂部位进行遮蔽、防护，并对待喷涂部位进行去除腐蚀处理；
(三)取出防护工装，并对待喷涂部位进行清洗、干燥；
(四)再次使用防护工装对非喷涂部位进行遮蔽、防护，并对待喷涂部位进行喷砂毛化；
(五)对待修复法兰盘进行预热，通过冷喷涂铝+氧化铝涂层进行修复，并采用相同的喷涂参数和工艺对步骤(一)中的喷涂试样进行同期加工；
(六)取出防护工装，喷涂后的法兰盘静置≥24h后进行涂层加工后处理；
(七)对法兰盘上的涂层进行外观检查，对喷涂试样上的涂层进行金相、结合力涂层性能试验；
(八)通过四爪卡盘对喷涂后的法兰盘夹持定位，进行精车修，并对精车修后的法兰盘进行再次的涂层外观检查，以及对法兰盘上的修复部位进行着色探伤，检查修复部位有无裂纹；
(九)对法兰盘上的修复部位表面采用阿洛丁进行防腐处理；
(十)将修复后的法兰盘装入冷却泵中进行磨合运转质量试验，并对进行试验后的法兰盘修复部位再次检查表面有无裂纹、散裂、碎屑、掉块可见损伤。
优选的，步骤(二)中去除腐蚀处理具体的是通过喷塑料丸以及采用风钻夹持长柄球形铣刀手工打磨修整的方式进行去除腐蚀处理。
优选的，步骤(三)中清洗、干燥具体的是通过汽油、丙酮进行清洗，通过干燥的压缩空气进行干燥。
优选的，步骤(四)中喷砂毛化具体的是采用棕刚玉砂喷砂毛化，且喷砂过程与喷涂过程间隔时间不超过2h，若间隔时间超过2h，应重新喷砂，重新喷砂次数不超过2次。
优选的，步骤(五)中预热处理具体为：预热温度控制在40～60℃，保温时间0.5～1h。
优选的，步骤(五)中采用99.99％以上纯度的氮气为气源，使用碳化钨喷管，且喷涂参数为：氮气进口温度为320～350℃、压力1.24～1.38MPa，送粉量为15～25g/min，喷口与被喷涂表面的距离为15～25mm。
优选的，步骤(七)中外观检查的具体过程为：在光照度不低于300lx条件下检查，涂层表面应连续，无剥落、碎裂、剥离、开裂，涂层颜色应均匀一致，边缘应结合良好，无开裂、开口及孔洞。
优选的，步骤(七)中涂层性能试验具体为：使用金相法，在200X显微镜下进行涂层孔隙率检查，孔隙率应≤1％；涂层结合强度检查应≥40MPa。
优选的，步骤(八)中精车修的具体过程为：
(A)通过四爪卡盘进行找正和定位；
(B)使用磁性表架夹持百分表头通过两级台阶孔打表测量跳动量，调整法兰盘两级台阶孔跳动量小于0.03mm；
(C)采用深孔车刀进行车修，保证孔深精度在39+0.170mm范围内，表面粗糙度Ra1.6μm。
优选的，步骤(九)中防腐处理的具体过程为：
(a)按每100ml去离子水加0.75g阿洛丁1200S配制阿洛丁氧化液；
(b)使用毛刷或排笔蘸取溶液，反复刷涂喷涂区域及周边表面不低于10min，使其呈现出金黄色；
(c)刷涂完成后用压缩空气吹干并在50～60℃下干燥保温20～35min。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明通过提供一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，实现了孔底腐蚀的排除、深孔孔壁的防护、低温喷涂增材、喷涂质量定性、定量评定、创新非对称的旋转体深孔结构后加工工艺；恢复了法兰盘孔底腐蚀部位的尺寸和外形，解决了孔底腐蚀的法兰盘无法修复，导致被迫停用的难题；使修复后法兰盘能够满足飞机冷却泵的装机使用要求，解决了一直以来的防腐难题,提高部件防腐蚀能力；实现了节约资源、绿色环保可持续发展的法兰盘再制造，可推广到其它铝合金零件的高质量修复上，技术优势十分明显。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为法兰盘零件结构示意图；
图2为本发明中防护工装的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，本发明是针对某型液冷泵法兰盘的腐蚀高发位置及损伤模式进行设计的，由于该零件孔径小(≤Ф30mm)、孔深大(＞39mm)，常规的喷涂胶带配合贴膜等方法难以实现非喷涂表面防护。
因此，根据法兰盘特定结构，本发明先设计专用防护工装，如图2所示，该防护工装可以有效避免该狭小部位采用常规方法防护无法解决的气流吹袭剥落等问题；避免喷涂时涂层附着于Ф26A等内孔壁，造成非修复部位偏离设计要求。
具体步骤如下：
(一)采用与喷涂零件相同的铝合金材料制造喷涂试样，备用。
(二)将防护工装小端对正法兰盘孔，推入法兰盘孔内到底，对非喷涂部位进行遮蔽、防护。
(三)对法兰盘待修复的孔底部位进行喷塑料丸去除腐蚀部分。
(四)若腐蚀部分未能完全去除，可采用风钻夹持长柄球形铣刀对残留腐蚀进行手工打磨修整，彻底去除腐蚀，露出金属光泽。
(五)取出防护工装。
(六)用汽油、丙酮等有机溶剂，对待喷涂部位进行清洗，清洗后应用干燥的压缩空气吹干。
(七)将防护工装小端对正法兰盘孔，推入法兰盘孔内到底，对非喷涂部位进行遮蔽、防护。
(八)采用棕刚玉砂对待喷涂部位进行喷砂毛化，喷砂合格的待修复法兰盘应在2h内进行喷涂，若间隔时间超过2h，应重新喷砂，重新喷砂次数不超过2次。
(九)对待修复法兰盘进行预热，预热温度控制在40～60℃，保温时间0.5～1h。
(十)对待修复法兰盘冷喷涂铝+氧化铝涂层进行修复。
具体的，采用纯度为99.99％以上的氮气气源，使用碳化钨喷管，喷涂参数为：氮气进口温度为320～350℃、压力1.24～1.38MPa，送粉量为15～25g/min，喷口与被喷涂表面的距离为15～25mm；喷涂过程中通过对待修复法兰盘吹喷过滤后的干燥压缩空气冷却的措施进行降温，同时采用红外测温仪对待修复法兰盘基体温度进行监测，实现待修复法兰盘喷涂温度控制在120℃以内。
(十一)采用步骤(一)中的喷涂样件，用与对待修复法兰盘相同的喷涂参数和工艺进行同期加工。
(十二)取出防护工装，喷涂后的法兰盘静置≥24h后进行涂层加工后处理。
(十三)对喷涂后的法兰盘的涂层外观进行检查。
具体的，在光照度不低于300lx条件下检查，涂层表面应连续，无剥落、碎裂、剥离、开裂，涂层颜色应均匀一致，边缘应结合良好，无开裂、开口及孔洞。
(十四)对喷涂试样进行金相、结合力等涂层性能试验。
具体的，使用金相法检查涂层性能，在200X显微镜下进行涂层孔隙率检查，孔隙率应≤1％；涂层结合强度检查应≥40MPa。
(十五)将喷涂后的法兰盘夹持在车床的四爪卡盘上找正和定位，磁性表架夹持百分表头通过两级台阶孔打表测量跳动量，调整法兰盘两级台阶孔跳动量小于0.03mm，再采用深孔车刀对孔底多余涂层进行精车修，车修时不得触及孔壁，控制车修量保证孔深精度在39+0.170mm范围内，表面粗糙度Ra1.6μm。
(十六)对精车修候的法兰盘修复部位按照步骤(十三)中的方法再次进行涂层外观检查。
(十七)对法兰盘修复后的部位进行着色探伤，检查修复区域有无裂纹。
(十八)对法兰盘修复后的部位表面采用阿洛丁进行防腐处理。
具体的，按每100ml去离子水加0.75g阿洛丁1200S配制阿洛丁氧化液，使用毛刷或排笔蘸取溶液，反复刷涂喷涂区域及周边表面不低于10min，使其呈现出金黄色，刷涂完成后用压缩空气吹干并在50～60℃下干燥保温20～35min。
(十九)将修复后的法兰盘按规定要求装入冷却泵进行磨合运转，冷却泵泵在磨合试运转过程中，不允许有工作液沿连接处、密封处渗漏。
(二十)对试验后的冷却泵进行分解检查，重点检查法兰盘修复部位的表面有无裂纹、散裂、碎屑、掉块等可见损伤。
(二十一)经以上修理合格的法兰盘可以投入使用。
本发明采用低压冷喷涂纯铝+氧化铝对铝合金壳体孔底进行增材修复，通过对喷涂零件吹喷过滤后的干燥压缩空气冷却的措施或同时采用间歇式喷涂的方式，实现了铝合金零件喷涂温度控制在120℃以内。
本发明通过喷涂前对零件进行预热等方式去除零件表面的水分并提高涂层沉积效率和结合强度，采用与喷涂零件相同的铝合金材料制造喷涂试样，用与喷涂零件相同的喷涂参数和工艺进行同期加工，再对喷涂试样进行金相、结合力等涂层性能试验，实现了对喷涂零件质量的定性定量评价。
本发明针对法兰盘非对称旋转体深孔结构，创新地采用四爪卡盘实现被夹持零件多维度位置调整、磁性表架夹持百分表头通过两级台阶孔(Ф30A、Ф26A)定位实现非对称零件深孔孔底找正，以保证位置精度，再采用深孔车刀车加工保证尺寸精度，恢复了法兰盘的孔底尺寸精度和粗糙度至设计状态。
此外，本发明对基体热影响小，不会对零件的力学性能产生影响，修复部位涂层与金属基体结合强度不低于40MPa、涂层组织致密、孔隙率≤1％、纯铝+氧化铝混合物增材在修复表面提高了表面防腐性能，提高了修复部位的可靠性。
并且本方法是一种低温、无明火的再制造技术，热输入量显著低于热喷涂修复技术，通过有效的温度控制手段，可将修复区域基体温度控制在120℃以下，不会造成铝合金零件的回火软化或对零件结构主体的强度造成改变，因此采用低压冷喷涂增材修复技术，能够实现腐蚀法兰盘的再制造。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：具体步骤如下：
(一)根据法兰盘特定结构设计专用的防护工装，采用与喷涂零件相同的铝合金材料制造喷涂试样，备用；
(二)使用防护工装对非喷涂部位进行遮蔽、防护，并对待喷涂部位进行去除腐蚀处理；
(三)取出防护工装，并对待喷涂部位进行清洗、干燥；
(四)再次使用防护工装对非喷涂部位进行遮蔽、防护，并对待喷涂部位进行喷砂毛化；
(五)对待修复法兰盘进行预热，通过冷喷涂铝+氧化铝涂层进行修复，并采用相同的喷涂参数和工艺对步骤(一)中的喷涂试样进行同期加工；
(六)取出防护工装，喷涂后的法兰盘静置≥24h后进行涂层加工后处理；
(七)对法兰盘上的涂层进行外观检查，对喷涂试样上的涂层进行金相、结合力涂层性能试验；
(八)通过四爪卡盘对喷涂后的法兰盘夹持定位，进行精车修，并对精车修后的法兰盘进行再次的涂层外观检查，以及对法兰盘上的修复部位进行着色探伤，检查修复部位有无裂纹；
(九)对法兰盘上的修复部位表面采用阿洛丁进行防腐处理；
(十)将修复后的法兰盘装入冷却泵中进行磨合运转质量试验，并对进行试验后的法兰盘修复部位再次检查表面有无裂纹、散裂、碎屑、掉块可见损伤。
2.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(二)中去除腐蚀处理具体的是通过喷塑料丸以及采用风钻夹持长柄球形铣刀手工打磨修整的方式进行去除腐蚀处理。
3.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(三)中清洗、干燥具体的是通过汽油、丙酮进行清洗，通过干燥的压缩空气进行干燥。
4.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(四)中喷砂毛化具体的是采用棕刚玉砂喷砂毛化，且喷砂过程与喷涂过程间隔时间不超过2h，若间隔时间超过2h，应重新喷砂，重新喷砂次数不超过2次。
5.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(五)中预热处理具体为：预热温度控制在40～60℃，保温时间0.5～1h。
6.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(五)中采用99.99％以上纯度的氮气为气源，使用碳化钨喷管，且喷涂参数为：氮气进口温度为320～350℃、压力1.24～1.38MPa，送粉量为15～25g/min，喷口与被喷涂表面的距离为15～25mm。
7.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(七)中外观检查的具体过程为：在光照度不低于300lx条件下检查，涂层表面应连续，无剥落、碎裂、剥离、开裂，涂层颜色应均匀一致，边缘应结合良好，无开裂、开口及孔洞。
8.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(七)中涂层性能试验具体为：使用金相法，在200X显微镜下进行涂层孔隙率检查，孔隙率应≤1％；涂层结合强度检查应≥40MPa。
9.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(八)中精车修的具体过程为：
(A)通过四爪卡盘进行找正和定位；
(B)使用磁性表架夹持百分表头通过两级台阶孔打表测量跳动量，调整法兰盘两级台阶孔跳动量小于0.03mm；
(C)采用深孔车刀进行车修，保证孔深精度在39+0.170mm范围内，表面粗糙度Ra1.6μm。
10.根据权利要求1所述的一种法兰盘孔底腐蚀冷喷涂修复及防护方法，其特征在于：步骤(九)中防腐处理的具体过程为：
(a)按每100ml去离子水加0.75g阿洛丁1200S配制阿洛丁氧化液；
(b)使用毛刷或排笔蘸取溶液，反复刷涂喷涂区域及周边表面不低于10min，使其呈现出金黄色；
(c)刷涂完成后用压缩空气吹干并在50～60℃下干燥保温20～35min。
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