CN116970940B - 一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺。为了提高传统YSZ激光熔覆涂层的耐腐蚀性能，本发明向YSZ粉末中添加铜和钨。研究表明，向激光熔覆YSZ涂层中添加铜和钨可以大幅提高涂层的耐腐蚀性能，但是随之而来的缺点是YSZ涂层的硬度下降，当铜和钨的总量超过一定数值时，对耐腐蚀性能的提高将不再有积极意义，反而会导致涂层硬度的急剧降低。所以，为了获得硬度和耐腐蚀性能都优秀的熔覆改性层，相对于100重量份YSZ，需将铜钨的总用量控制在25‑47重量份。
Description
技术领域
本发明涉及涂层领域，具体涉及一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺。
背景技术
在飞机的使用过程中，零部件由于长期处于高速、高温、强腐蚀以及复杂的应力环境中而出现不同程度的损伤，进而导致工件失效，无法安全运转。这无疑提高了飞机的使用成本并降低了飞机的安全系数。虽然，针对失效的飞机零部件，现有技术可对其进行回收并修复再利用，但这终究属于治标不治本的补救措施。综合各类飞机零部件失效的原因，腐蚀和硬度不足占比较高，有鉴于此，有必要从源头上提高飞机零部件的硬度和耐腐蚀性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺，该表面处理工艺可以获得硬度和耐腐蚀性能优异的飞机零件改性涂层。
一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺，包括以下步骤：
以镍基高温合金为基材，对基材进行抛光处理；用15％-20％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用18％-20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃左右，通过激光熔覆工艺在保护性气体下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉和钨粉的总量为25重量份-47重量份，熔覆过程的激光功率为400-500W，扫描速度为360-400mm/mi n，光斑直径为3.5-4mm，搭接率为20％-25％，送粉量为18-20g/mi n，能量密度为350-400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于350-400℃下退火处理5-6h。
优选地，所述镍基高温合金为K417G。
优选地，所述基材的大小为100mm×20mm×3mm。
优选地，所述YSZ粉末中Y2O3的摩尔比为3％。
优选地，所述激光熔覆工艺为同步送粉法。
优选地，所述保护性气体为氩气。
为了提高传统YSZ激光熔覆涂层的耐腐蚀性能，本发明向YSZ粉末中添加铜和钨。研究表明，向激光熔覆YSZ涂层中添加铜和钨可以大幅提高涂层的耐腐蚀性能，但是随之而来的缺点是YSZ涂层的硬度下降，当铜和钨的总量超过一定数值时，对耐腐蚀性能的提高将不再有积极意义，反而会导致涂层硬度的急剧降低。所以，为了获得硬度和耐腐蚀性能都优秀的熔覆改性层，相对于100重量份YSZ，需将铜钨的总用量控制在25-47重量份。
具体实施方式
下面通过具体实施例来验证本发明的技术效果，但是本发明的实施方式不局限于此。
实施例1
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为10重量份，钨粉的用量为15重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
实施例2
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为13重量份，钨粉的用量为18重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
实施例3
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为16重量份，钨粉的用量为19重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
实施例4
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为18重量份，钨粉的用量为13重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
实施例5
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为20重量份，钨粉的用量为27重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
对比例1
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末为YSZ粉末，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
对比例2
以镍基高温合金K417G为基材，将其切割为100mm×20mm×3mm，对基材进行抛光处理；用15％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过同步送粉激光熔覆工艺在氩气保护下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉的用量为30重量份，钨粉的用量为30重量份，熔覆过程的激光功率为500W，扫描速度为360mm/mi n，光斑直径为4mm，搭接率为25％，送粉量为18g/mi n，能量密度为400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于400℃下退火处理5h。
进一步地，发明人对实施例1-5和对比例1-2中样品的硬度和耐腐蚀性能进行测试，具体方法为：
硬度试验：采用MTS生产的Nano-i ndenter G200纳米压痕仪对涂层做纳米压入实验，得到涂层的硬度数据，实验选用Berkovich三棱锥金刚石压头，压入深度不超过涂层厚度的10％；
耐腐蚀试验：采用电化学工作站在中性盐溶液中对各样品进行电化学测试，非工作面用指甲油封闭，在室温环境下进行测试。
表1各试验组的测试数据
从表1可以看到，向激光熔覆YSZ涂层中添加铜和钨可以大幅提高涂层的耐腐蚀性能，但是随之而来的缺点是YSZ涂层的硬度下降，当铜和钨的总量超过一定数值时(对比例2)，对耐腐蚀性能的提高将不再有积极意义，反而会导致涂层硬度的急剧降低。所以，为了获得硬度和耐腐蚀性能都优秀的熔覆改性层，相对于100重量份YSZ，需将铜钨的总用量控制在25-47重量份。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种飞机零件激光熔覆的表面处理工艺，其特征在于，所述表面处理工艺包括以下步骤：
以镍基高温合金为基材，对基材进行抛光处理；用15％-20％的盐酸溶液清洗基材表面以除去氧化层；用18％-20％的碳酸钠溶液去除基材表面的油脂，再依次用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗基材；
将基材预热至200℃，通过激光熔覆工艺在保护性气体下制备表面改性层，其中，激光熔覆粉末由YSZ粉末、铜粉和钨粉组成，相对于100重量份YSZ粉末，铜粉和钨粉的总量为25重量份-47重量份，熔覆过程的激光功率为400-500W，扫描速度为360-400mm/min，光斑直径为3.5-4mm，搭接率为20％-25％，送粉量为18-20g/min，能量密度为350-400W/mm2；
将制备有改性层的镍基高温合金放入真空退火炉中，于350-400℃下退火处理5-6h。
2.一种如权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述镍基高温合金为K417G。
3.一种如权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述基材的大小为100mm×20mm×3mm。
4.一种如权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述YSZ粉末中Y2O3的摩尔比为3％。
5.一种如权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述激光熔覆工艺为同步送粉法。
6.一种如权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述保护性气体为氩气。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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