CN115369397A - 航空铝合金零件腐蚀故障修复方法、复合涂层及用途 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法、复合涂层及用途，方法包括以下步骤：在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸，然后，在零件表面进行超硬超韧碳化钨涂层热喷涂，提升零件的耐腐蚀性和耐磨损性能。本申请提供的航空铝合金零件腐蚀、磨损故障修复方法分为两步：先通过冷喷涂技术，喷涂与零件相同的材料进行零件尺寸恢复，再通过热喷涂技术，喷涂高致密性碳化钨涂层，基本不改变零件尺寸前提下，形成0.02‑0.03mm高致密性碳化钨保护涂层，显著提升修复后的零件耐腐蚀和耐磨损性能。

Description

航空铝合金零件腐蚀故障修复方法、复合涂层及用途

技术领域

本发明涉及航空铝合金零件磨损修复技术领域，具体是涉及一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法、复合涂层及用途。

背景技术

飞机在湿热、海洋环境飞行过程中，在大气盐雾、水汽以及自身工作应力条件下，机体结构会受到较为严重的腐蚀。多种型号飞机大修时发现，飞机机体表面腐蚀严重，清理表面腐蚀物后，尺寸减薄，腐蚀区域凹凸不平，其强度、刚性、表面气动特性均无法满足使用要求。修复这类腐蚀严重的航空铝合金零件，需要一种可以保证其修复零件形状尺寸、结构强度、且修复后能提升零件耐腐蚀能力的修复方法，以解决飞机机体结构大面积腐蚀缺陷修补和后期预防性防腐。

现有的修复方法主要是传统堆焊修复技术、传统等离子热喷涂技术，近年来国内外针对飞机结构损伤非承力部位，部分单位开发了冷喷涂增材尺寸修复技术。

传统堆焊修复技术是用电焊或气焊法把缺陷处金属熔化，填充焊丝形成堆焊增材层的焊接修复方法。虽然堆焊材料与基体是冶金结合，但其焊接温度远超过母材熔点，会产生大量的热，对航空铝合金零件会导致铝合金基材熔化塌陷，易造成零件严重变形，无法使用。

传统等离子热喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将金属材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。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出现掉块或颗粒状脱落故障，影响零件的安全使用。

冷喷涂技术是在常温下或较低的温度下，由超音速气、固两相气流将涂层粉末击射到基板形成致密涂层。它先对缺陷零件喷涂进行增材制造，再对喷涂的涂层进行表面硬质阳极化处理获得增强的复合修复表面。与原设计相比，这种方法对修复后表面耐腐蚀能力没有明显提升。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法、复合涂层及用途。

第一方面，一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，包括以下步骤：

在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸；

热喷涂碳化钨粉末形成高致密碳化钨涂层，碳化钨涂层的涂层孔隙率小于0.1％，厚度0.02～0.03mm，硬度HV1450～1650。

一些实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤之前，还包括以下步骤：

对零件缺陷处进行预处理，所述预处理包括打磨、清理表面浮灰。

一些实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂气体的压力范围为4.0Mpa-4.5Mpa。

一些实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂所采用的气体为氮气或氦气，粉末的粒度为10-30μm且粉末显微硬度值范围为70HV-120HV。

一些实施例中，所述所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤后，还包括以下步骤：

对增材体表面进行打磨处理。

一些实施例中，所述热喷涂碳化钨粉末形成高致密性碳化钨涂层的步骤中，碳化钨涂层的厚度范围为0.02mm-0.03mm。

一些实施例中，所述热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层的步骤之后，还包括以下步骤：

对修复后的零件的零件表面进行表面处理。

一些实施例中，所述对修复后的零件的零件表面进行表面处理的步骤中，处理方法包括机械加工、抛光和喷砂。

一些实施例中，所述对修复后的零件的零件表面进行表面处理的步骤中，处理方法包括机械加工、抛光和喷砂。

第二方面，本申请提供了一种应用于如上所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法中的复合涂层，包括：

增材体，设于航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失表面；

碳化钨涂层，设于航空铝合金零件的基础修复面上。

第三方面，本申请提供了一种如上所述的复合涂层的用途，用于修复航空铝合金零件磨损故障。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本申请提供的航空铝合金零件故障碳化钨涂层修复方法，与传统堆焊技术相比，在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失形成碳化钨涂层，修复后强度、刚性大，可以保证其修复零件的性能同时得到修复；

与传统等离子热喷涂技术相比，本申请提供的修复方法碳化钨涂层孔隙率低、结合强度高、冷喷涂增材过程温度低，不会产生等离子喷涂过程中的材料烧损、氧化、氧化物夹杂物、组织脆性大等组织、性能问题，增材厚度远超等离子涂层，可以满足更大尺寸的腐蚀缺陷材料修复的需要；

与传统冷喷涂修复技术相比，本申请的碳化钨涂层修复方法，基于飞机机体服役环境和结构强度要求，设计了薄壁铝合金冷喷涂增材修复工艺，再在增材修复部位热喷涂高耐腐蚀碳化钨涂层，铝-碳化钨涂层中铝作为主增材体，实现腐蚀零件缺损部位增材补强，碳化钨涂层在最外层，直接接触带腐蚀性的大气环境，通过自身耐腐蚀能力实现零件寿命提升；

本申请提供的航空铝合金零件腐蚀、磨损故障修复方法分为两步：先通过冷喷涂技术，喷涂与零件相同的材料进行零件尺寸恢复，再通过热喷涂技术，喷涂高致密性碳化钨涂层，基本不改变零件尺寸前提下，形成0.02-0.03mm高致密性碳化钨保护涂层，大幅提升零件耐腐蚀、耐磨损能力。本发明提供的冷喷涂工艺，增材体和基体结合强度高，孔隙率低，超音速热喷涂制备的碳化钨耐磨涂层与冷喷涂增材体结合强度高，涂层致密，显著提升修复后的零件耐腐蚀和耐磨损性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法的另一方法流程图；

具体实施方式

现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

现有的航空铝合金部件磨损修复方法主要是传统的堆焊修复技术和等离子热喷涂技术，但是堆焊修复技术直接焊接铝合金表面会导致铝合金机材熔化坍塌，易造成零件严重变形无法使用，传统的等离子热喷涂技术会造成喷涂的涂层孔隙率较高，结合强度低，容易导致使用过程中出现掉块或颗粒状脱落故障，影响零件的使用安全。

有鉴于此，本申请提供了一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，有效解决航空铝合金零件修复过程容易热熔化或修复涂层孔隙率不高、与机体机材之间结合强度低的技术问题。

第一方面，请参考图1，本申请提供了一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，包括以下步骤：

步骤S1、在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸；

步骤S2、热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层。

本申请提供的航空铝合金零件故障碳化钨涂层修复方法，与传统堆焊技术相比，在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失形成碳化钨涂层，修复后强度、刚性大，可以保证其修复零件的性能同时得到修复；

与传统等离子热喷涂技术相比，本申请提供的修复方法碳化钨涂层孔隙率低、结合强度高、冷喷涂增材过程温度低，不会产生等离子喷涂过程中的材料烧损、氧化、氧化物夹杂物、组织脆性大等组织、性能问题，避免了修复后使用过程中出现掉块或颗粒状脱落问题，影响修复后零件的耐磨性、耐腐蚀性，增材厚度远超等离子涂层，可以满足更大尺寸的腐蚀缺陷材料修复的需要；

与传统冷喷涂修复技术相比，本申请的碳化钨涂层修复方法，基于飞机机体服役环境和结构强度要求，设计了薄壁铝合金冷喷涂增材修复工艺，再在增材修复部位热喷涂高耐腐蚀碳化钨涂层，铝-碳化钨涂层中铝作为主增材体，实现腐蚀零件缺损部位增材补强，碳化钨涂层在最外层，直接接触带腐蚀性的大气环境，通过自身耐腐蚀能力实现零件寿命提升；

本申请提供的航空铝合金零件腐蚀、磨损故障修复方法分为两步：先通过冷喷涂技术，喷涂与零件相同的材料进行零件尺寸恢复，再通过热喷涂技术，喷涂高致密性碳化钨涂层，基本不改变零件尺寸前提下，形成0.02-0.03mm高致密性碳化钨保护涂层，大幅提升零件耐腐蚀、耐磨损能力。本发明提供的冷喷涂工艺，增材体和基体结合强度高，孔隙率低，超音速热喷涂制备的碳化钨耐磨涂层与冷喷涂增材体结合强度高，涂层致密，显著提升修复后的零件耐腐蚀和耐磨损性能。

在一实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤之前，还包括以下步骤：

步骤S0、对零件缺陷处进行预处理，所述预处理包括打磨，清理表面浮灰。

在一实施例中，所述处理增材体恢复零件尺寸的步骤中，处理增材体恢复零件尺寸的公差值范围为0.2mm-0.25mm。

在一实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂气体的压力范围为4.0Mpa-4.5Mpa。

在一实施例中，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂所采用的气体为氮气或氦气，粉末的粒度为10-30μm且粉末显微硬度值范围为70HV-120HV。

在一实施例中，请参考图2，所述所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤后，还包括以下步骤：

步骤SN、对增材体表面进行打磨处理。

在一实施例中，所述热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层的步骤中，碳化钨涂层的厚度范围为0.02mm-0.03mm。

在一实施例中，所述热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层的步骤之后，还包括以下步骤：

对修复后的零件的零件表面进行表面处理。

在一实施例中，所述对修复后的零件的零件表面进行表面处理的步骤中，处理方法包括机械加工、抛光和喷砂。

第二方面，本申请提供了一种应用于如上所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法中的复合涂层，包括：

增材体，设于航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失表面，匹配于航空铝合金零件磨损缺陷处，实现零件磨损部位的零件尺寸基础恢复，在零件磨损部分形成基础修复面；

碳化钨涂层，设于航空铝合金零件的基础修复面上。

在一实施例中，所述基础修复面仅包含增材体表面，以表面在机体表面热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层，导致其熔化变形，热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层，实现冷喷涂的铝合金粉有效结合于机体表面，并与碳化钨涂层之间进行有效结合。

在本申请变换的实施例中，所述基础修复面包括增材体表面和增材体表面边沿附近的机体表面即航空铝合金零件表面。热喷涂碳化钨粉末时，将冷喷涂的铝合金粉结合于机体表面，并与碳化钨涂层有效结合。

表1不同涂层的性能对比表

本申请由于采用了铝-复合涂层，复合涂层中的铝作为主增材体，实现腐蚀零件缺损部位的增材补强和形状修复，碳化钨涂层在面层，直接基础带腐蚀性的大气环境，其自身具有良好的耐腐蚀性能，可以实现零件寿命的提升。

第三方面，本申请提供了一种上所述的碳化钨涂层的用途，其特征在于，用于修复航空铝合金零件磨损故障，既可以实现腐蚀部位的缺陷补损，同时保证了修复后零件的整体强度和耐腐蚀性能。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸；

热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层。

2.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤之前，还包括以下步骤：

对零件缺陷处进行预处理，所述预处理包括打磨、清理表面浮灰。

3.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂气体的压力范围为4.0Mpa-4.5Mpa。

4.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤中，冷喷涂所采用的气体为氮气或氦气，粉末的粒度为10μm-30μm且粉末显微硬度值范围为70HV-120HV。

5.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述所述在航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位冷喷涂与零件相同材料的铝合金粉材形成增材体，补充切削加工后恢复零件尺寸的步骤，还包括以下步骤：

对增材体表面进行打磨处理。

6.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述热喷涂碳化钨粉末形成高致密性碳化钨涂层的步骤中，碳化钨涂层的孔隙率小于0.1％，厚度范围为0.02mm-0.03mm。

7.如权利要求1所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述热喷涂碳化钨粉末形成碳化钨涂层的步骤之后，还包括以下步骤：

对修复后的零件的零件表面进行表面处理。

8.如权利要求7所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法，其特征在于，所述对修复后的零件的零件表面进行表面处理的步骤中，处理方法包括机械加工、抛光和喷砂。

9.一种应用于如权利要求1-8任一项所述的航空铝合金零件腐蚀故障修复方法中的复合涂层，其特征在于，包括：

增材体，设于航空铝合金零件材料磨损或腐蚀材料缺失部位；

碳化钨涂层，设于所述增材体上。

10.一种如权利要求9所述的复合涂层的用途，其特征在于，用于修复航空铝合金零件磨损故障。

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