冷噴涂修復(fù)加力泵蝸殼氣蝕坑的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種冷噴涂修復(fù)加力泵蝸殼氣蝕坑的方法，旨在供一種修復(fù)區(qū)域無變形，涂層密度高的修復(fù)方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：首先采用手工打磨氣蝕坑，露出金屬光澤；然后以Al+Al2O3復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，復(fù)合粉末的粒度為（45～90）μm，采用氣源為氮氣的冷噴涂方法進(jìn)行修復(fù)；在低壓冷噴涂設(shè)備中，設(shè)定：氮氣的進(jìn)口溫度為（450～500）℃，壓力為（0.8～1.0）MPa，送粉量為（5～6）g/min的冷噴涂參數(shù)，噴槍與基體表面的距離為（10～15）mm，噴槍前端粉末粒子與高速氣體的混合室，噴槍移動速度為（2～3）mm/s對露出金屬光澤的加力泵蝸殼氣蝕坑待修復(fù)面進(jìn)行超音速冷噴；冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6。
【專利說明】
冷噴涂修復(fù)加力泵蝸殼氣蝕坑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)零部件維修領(lǐng)域，主要應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的加力栗蝸殼氣蝕坑的冷噴涂修復(fù)。
技術(shù)背景
[0002]渦扇發(fā)動機(jī)加力栗殼體為鑄造成型零件，加力栗殼體的氣蝕在該型發(fā)動機(jī)的眾多機(jī)件中尤為突出和嚴(yán)重，為多發(fā)性故障;這與其工作條件惡劣，高轉(zhuǎn)速和機(jī)件材質(zhì)是分不開的。在發(fā)生氣蝕的加力栗殼體中，油液被葉輪沿順時針方向甩出，由于靠近出口管，會形成一個相對的低壓區(qū)和渦流區(qū)域，油液中溶解的氣體極易在此分離形成氣爆。在設(shè)計時為了減輕發(fā)動機(jī)重量，蝸殼采用的是鋁合金材料，僅在中心頂部位置鑲了一鋼襯套，抗氣蝕的能力比鋼差很多，作一段時間后必然會形成氣蝕痕跡；同時由于該處是由鑄造成型的，表面粗糙度大，液體高速流動產(chǎn)生的沖蝕會加劇材料剝離的進(jìn)程。一般情況，經(jīng)過一個發(fā)動機(jī)首翻期(300 h)的使用，在此處形成的氣蝕痕跡十分明顯；如果油氣分離不是很好的發(fā)動機(jī)，產(chǎn)生的氣蝕就更加嚴(yán)重，表面會形成疏松狀。氣蝕嚴(yán)重者，蝸殼存在被氣蝕穿的可能性。又由于靠近安裝邊上的螺粧孔，氣蝕穿的殼體在工作時，油液會沿氣蝕形成的疏松間隙通道，從螺粧孔的放氣眼漏出。殼體隨附件整體工作的時間均不超過800 h。氣蝕的產(chǎn)生在出口處，并且擴(kuò)壓管在這里和殼體相連接，因此該處油液的流場情況十分復(fù)雜，幾股流體的相互沖撞產(chǎn)生很多渦流，氣體極易在這里發(fā)生分離同時形成氣爆;同時流體在該處的沖蝕，從而加劇了該處的氣蝕。由于此處開有一引流孔，從而擾亂了該處的流暢穩(wěn)定，小部分氣體從油液中分離，在引流孔的邊緣形成氣蝕并在油液流動方向上沿孔的周邊發(fā)展。由于鋼的抗氣蝕能力要強(qiáng)于鋁合金，不難看出只有鋁合金部分出現(xiàn)了氣蝕現(xiàn)象，而緊鄰的鋼襯套并沒有氣蝕痕跡。故障發(fā)展進(jìn)程快，殼體一般僅使用800小時左右就會現(xiàn)因氣蝕和氣蝕穿而報廢的情況。裂紋故障一般出現(xiàn)在第一次翻修時，由此可見裂紋實際上就是因為零件在鑄造加工時留下的固有缺陷造成的。加力栗殼體的氣蝕對該附件的危害性乃至對于整個發(fā)動機(jī)的危害都是十分嚴(yán)重的，其危害不亞于一顆威脅飛行安全的不定時炸彈。由于該類故障件沒有修復(fù)的可能性，再加之現(xiàn)階段不能解決該零件的自制，同時外購價格昂貴并且是有價無貨，其已經(jīng)嚴(yán)重制約了發(fā)動機(jī)的整機(jī)修復(fù)進(jìn)度。殼體的氣蝕是無法避免的，因為燃油中都會溶解或多或少的氣體，只有通過提高發(fā)動機(jī)自身油氣分離的質(zhì)量來減緩氣蝕的進(jìn)程，但是不可能完全消除氣蝕的發(fā)生。目前對于產(chǎn)生氣蝕的殼體的修復(fù)仍是一個的難題，修理的著力點在于采用一項全新的整體填料修補(bǔ)技術(shù)。通過做好發(fā)動機(jī)整體的油氣分離可減緩殼體的氣蝕進(jìn)程。
[0003]目前航空發(fā)動機(jī)分解大修時，發(fā)現(xiàn)加力栗蝸殼內(nèi)壁出現(xiàn)局部氣蝕坑而導(dǎo)致報廢現(xiàn)象比較多。加力栗蝸殼的材料為鑄造鋁合金，常規(guī)的修理方法是采用鋁合金焊絲，用手工氬弧焊進(jìn)行修復(fù)，該方法的缺點是由于鋁合金在加熱過程中容易吸收氣體，同時鋁合金也容易氧化，導(dǎo)致在焊接部位產(chǎn)生氣孔和變形等缺陷，從而降低了零件的合格率。如果采用電鍍方法真空等離子噴涂復(fù)合，由于涂層厚度達(dá)I mm以上，采用電鍍方法須耗時長，至少需要2周，采用真空等離子噴涂價格昂貴，不需涂層的表面清潔處理困難。
[0004]隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，一種新型的噴涂技術(shù)一冷噴涂技術(shù)得到了快速發(fā)展。冷噴涂的原理是金屬或金屬陶瓷混合粉末添加到超聲氣體流中被加速沖擊到金屬表面而形成具有良好結(jié)合力的高密度涂層。冷噴涂是基于空氣動力學(xué)原理的一種噴涂技術(shù)，噴涂過程是利用高壓氣體(空氣、氮、氦或其混合物)通過縮放管產(chǎn)生超音速流動，將粉末粒子從軸向送入高速氣流中，經(jīng)加速后，在完全固態(tài)下撞擊基體，通過較大的塑性流動變形而沉積于基體表面上形成涂層。冷噴涂的理論基礎(chǔ)是壓縮空氣加速金屬粒子到臨界速度(超音速)，金屬粒子直擊到基體表面后發(fā)生物理形變。它的優(yōu)點是基體無熱影響區(qū)，無有害殘余應(yīng)力，可形成大于I mm厚的涂層，涂層密度高等獨特的優(yōu)點。因此，冷噴涂修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑具有獨特的優(yōu)勢，目前沒有公開報道過采用冷噴涂技術(shù)修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑不足之處，本發(fā)明提供一種修復(fù)區(qū)域無變形，涂層密度高，冷噴涂鋁合金的方法來修復(fù)加力栗蝸殼的氣蝕坑。
[0006]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到。一種冷噴涂修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑的方法其特征在于包括如下步驟:
首先采用手工打磨氣蝕坑，露出金屬光澤;然后以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μπι，采用氣源為氮氣的冷噴涂方法進(jìn)行修復(fù);設(shè)定:氮氣的進(jìn)口溫度為(450?500)°C，壓力為(0.8?1.0)MPa，送粉量為(5?6)g/min，噴槍與基體表面的距離為(10?15)mm，噴槍移動速度為(2?3)mm/s的冷噴涂參數(shù)，對露出金屬光澤的加力栗蝸殼氣蝕坑待修復(fù)面進(jìn)行超音速冷噴;冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6。
[0007]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0008]本發(fā)明采用以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μπι，采用氣源為氮氣的冷噴涂方法進(jìn)行修復(fù)。由于粉末沒有經(jīng)歷明顯的熱過程，基本不發(fā)生組織結(jié)構(gòu)的變化，噴涂工作溫度低，對噴涂粒子和基體的熱影響小。噴涂粒子基本沒有氧化、相變或晶粒長大，涂層結(jié)合強(qiáng)度大于40 MPa。基體工件無變形，修復(fù)區(qū)域的致密度達(dá)到100%，滿足一個工作壽命的要求，可廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)加力栗殼體氣蝕坑的修復(fù)。
【具體實施方式】
[0009]根據(jù)本發(fā)明，首先采用手工打磨氣蝕坑，露出金屬光澤;然后以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，其中，化學(xué)成分為Al重量百分比為70%?80%，余量為Α?2θ3;Α?2θ3的重量百分比為20%?30%。復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μηι，采用氣源為氮氣的冷噴涂方法進(jìn)行修復(fù);設(shè)定:氮氣的進(jìn)口溫度為(450?500) °C，壓力為(0.8?1.0)MPa，送粉量為(5?6)g/min的冷噴涂參數(shù)，噴槍與基體表面的距離為(10?15)mm，噴槍移動速度為(2?3)mm/s對露出金屬光澤的加力栗蝸殼氣蝕坑待修復(fù)面進(jìn)行超音速冷噴;冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6。
[0010]實施例1
針對航空發(fā)動機(jī)加力栗蝸殼氣蝕坑超標(biāo)零件，對加力栗蝸殼氣蝕坑位置進(jìn)行手工打磨，露出金屬光澤；以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，采用冷噴涂的方法進(jìn)行修復(fù)。復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μπι范圍任意取值，化學(xué)成分為Al重量百分比為70%，A1203的重量百分比為30%。冷噴涂參數(shù)為氣源為氮氣，氮氣的進(jìn)口溫度為450 °(:，壓力為1.0 10^，送粉量為5.5g/min，噴槍與基體表面的距離為12 mm，噴槍移動速度為2 mm/s。冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6，經(jīng)過一個工作時間的考核后，無掉塊等現(xiàn)象發(fā)生，滿足使用要求。
[0011]實例2
針對航空發(fā)動機(jī)加力栗蝸殼氣蝕坑超標(biāo)零件，將氣蝕坑進(jìn)行手工打磨，露出金屬光澤；以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，采用冷噴涂的方法進(jìn)行修復(fù)。復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μπι范圍任意取值，化學(xué)成分為Al重量百分比為80%，A1203的重量百分比為20%。冷噴涂參數(shù)為氣源為氮氣，氮氣的進(jìn)口溫度為500 °(:，壓力為0.8 10^，送粉量為5.5 g/min，噴槍與基體表面的距離為15 mm，噴槍移動速度為3 mm/s。冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6，經(jīng)過一個工作時間的考核后，無掉塊等現(xiàn)象發(fā)生，滿足使用要求。
【主權(quán)項】
1.一種冷噴涂修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑的方法其特征在于包括如下步驟: 首先采用手工打磨氣蝕坑，露出金屬光澤;然后以A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，復(fù)合粉末的粒度為(45?90)μπι，采用氣源為氮氣的冷噴涂方法進(jìn)行修復(fù);設(shè)定:氮氣的進(jìn)口溫度為(450?500)°C，壓力為(0.8?1.0)MPa，送粉量為(5?6)g/min，噴槍與基體表面的距離為(10?15)mm，噴槍移動速度為(2?3)mm/s的冷噴涂參數(shù)，對露出金屬光澤的加力栗蝸殼氣蝕坑待修復(fù)面進(jìn)行超音速冷噴;冷噴涂完后進(jìn)行手工打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra 1.6。2.如權(quán)利要求1所述的冷噴涂修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑的方法其特征在于:A1+A1203復(fù)合粉末為修復(fù)原材料，其中，化學(xué)成分為，Al重量百分比為70%?80%，余量為A1203。3.如權(quán)利要求2所述的冷噴涂修復(fù)加力栗蝸殼氣蝕坑的方法其特征在于:Al2O3的重量百分比為20%?30%。
【文檔編號】C23C24/04GK105937034SQ201610462135
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】郭雙全, 羅奎林, 何勇
【申請人】中國人民解放軍第五七九工廠, 中國人民解放軍第五七一九工廠