【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种冷喷涂修复涂层的方法。
技术介绍
1、7xxx系铝合金作为一种超高强铝合金，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域，并已发展成为世界各国军、民用飞机的主要结构材料。然而，7xxx系铝合金产品常服役于高强度、高应力、复杂腐蚀等环境，不可避免会存在一系列损伤，如浅表裂纹、腐蚀凹坑、磨损等，直接影响产品的安全性和可靠性。因此，对7xxx铝合金表面进行及时有效的修复，不仅能够恢复并增强其抗腐蚀、抗疲劳等性能，还能显著延长材料的使用寿命，但诸如飞机机翼、起落架等构件不易拆卸运输，故需要一种可靠的在线修复技术。
2、冷喷涂技术是一种基于气固两相流体动力学与高速碰撞动力学的粉末粒子累加成形方法。在laval喷嘴中，通过设定的气体温度和压力下，粒子以一定的速度和温度碰撞到基体表面。当粒子速度超过特定的临界沉积速度时，其将与基体产生协同塑性变形并结合，从而实现粒子的沉积。相比于搅拌摩擦焊、激光熔覆等修复技术，冷喷涂修复具有过程温度低、沉积速度快、修复结构灵活等优势，更适合于零部件的在线修复。
3、然而，基于冷喷涂粒子剧烈塑性变形沉积的基本原理，冷喷涂沉积体的性能并不完美，主要表现为：喷涂态沉积体塑性极低；对于部分重要结构材料，涂层的致密度需进一步提升；冷喷涂沉积体内部粒子界面难以达到冶金结合，涂层结合力有待提高。这些因素使得目前高强铝合金冷喷涂修复涂层难以达到结构件性能需求。针对上述问题，国内外学者发现冷喷涂后热处理有助于大幅提升涂层性能，然而这种方法难以适用于零部件的在线修复。
1、本专利技术为了提升高强铝合金结构件冷喷涂修复涂层的性能，提出一种7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，利用等离子快速加热的优势，辅助冷喷涂涂层沉积，在颗粒沉积前、沉积时和沉积后对基体和涂层进行在线热处理，从而提升涂层性能。
2、本专利技术7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法按以下步骤进行：
3、步骤一、先将铝合金待修复表面进行打磨处理，去除缺陷部分；然后对待修复表面先后采用喷砂处理和无水乙醇超声清洗，以去除待修复表面的氧化铝薄膜及污渍，从而有助于冷喷涂修复沉积；
4、步骤二、将铝合金粉末填入冷喷涂设备的送粉器中；调整冷喷涂装置使冷喷涂枪口垂直于待修复表面，调整等离子装置使得产生的等离子弧光作用于待修复表面；
5、步骤三、开启冷喷涂装置的气体控制系统，提供氮气气氛，有助于控制后续在等离子弧光热处理的区域温度并防止氧化。在进行冷喷涂颗粒沉积前开启等离子装置，利用等离子弧光对待修复表面进行热处理30-60s；在进行冷喷涂颗粒沉积前利用等离子弧光热处理待修复表面，能够快速升温，软化待修复区域表面，使得后续颗粒沉积更易达到临界的热、力条件，提高涂层与基体的结合。然后开启冷喷涂送粉系统进行冷喷涂颗粒沉积，进行冷喷涂颗粒沉积同时利用等离子弧光对修复表面进行热处理；在冷喷涂同时进行利用等离子弧光对修复表面进行热处理能够调控涂层的组织和性能，并软化涂层表面及沉积颗粒，从而提高涂层致密度及性能。冷喷涂颗粒沉积结束，停止冷喷涂送粉，利用等离子弧光对所得涂层进行热处理30-60s，然后待冷喷涂枪室温度降到200℃以下，关闭冷喷涂送气系统及等离子装置。冷喷涂颗粒沉积结束后利用等离子弧光对所得涂层进行热处理，能够促进涂层中颗粒与颗粒间界面的扩散，从而提高冶金结合比例，提升涂层性能。
6、本专利技术原理和有益效果如下：
7、1、由于7xxx系铝合金产品及粉末颗粒硬度大，粉末变形沉积所需的热、力学条件更高，使得单一冷喷涂沉积的7xxx系铝合金涂层存在界面结合弱、涂层中空隙大、致密度低等问题。
8、而本专利技术利用等离子弧光的作用软化沉积颗粒、基体与涂层表面，可以快速提高基体表面和粉末温度，热软化基体和涂层表面，使得颗粒沉积更易达到临界热、力条件。当高速金属粒子碰撞基体或已沉积涂层后，金属粒子发生大的变形到达临界热、力条件后将黏附基体之上而沉积。粒子碰撞结束后，由于弹性变形回复导致变形粒子与基体(或已沉积粒子)间的挤压作用而发生局部的机械咬合和冶金结合(金属键)。且热辅助能够促进变形粒子与基体(或已沉积粒子)间形成金属键，提高冶金结合的比例，从而提升涂层结合力、致密度及整体性能。
9、2、在冷喷涂颗粒沉积时，粉末颗粒的大部分动能会在撞击的瞬间转化为热能，但由于时间极短，这些热能来不及传递出去，从而在撞击区域产生绝热软化效应。而由于颗粒撞击产生的剧烈塑性变形，以及该过程中产生的热量难以使涂层达到回复或再结晶温度，使得涂层处于加工硬化的状态，表现为涂层硬度提高、塑性极低。此外，7xxx系铝合金作为超高强铝合金因性能需求，实际应用中也常处于加工硬化状态，表面硬度大，使得同质超高强铝合金粉末沉积更加困难。
10、而本专利技术在线热处理有助于快速提升基体表面及涂层温度，外加冷喷涂颗粒沉积的绝热软化效应，使得沉积区域受到剧烈塑性变形作用时短期处于回复或再结晶温度，从而在促进涂层基体和涂层结合的同时，还能提高其回复和再结晶比例，使得修复区域拥有高强度的同时还能具有超越单一冷喷涂的塑性；因此在线热处理有助于调控基体和涂层组织，从而提升涂层性能。
11、3、本专利技术冷喷涂采用高压氮气气氛，有助于控制在线热处理的区域温度并防止氧化，同时，由于等离子装置和冷喷涂是分离的，在线热处理的作用阶段、位置更加灵活，使其适用于辅助冷喷涂的在线修复。在此基础上，还可以通过等离子喷涂引入液滴形态的增强相颗粒，以增强相自身的强化机制及其对空隙的填充进一步提升涂层致密度和机械性能。
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1.一种7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤一所述铝合金为7xxx系铝合金。
3.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：所述7xxx系铝合金为7075-T6铝合金。
4.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤二所述冷喷涂枪口与待修复表面的距离为25-40mm。
5.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤二所述等离子装置的等离子弧光枪口与待修复表面的距离为50-150mm。
6.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤二所述铝合金粉末为7075铝合金粉末，粉末粒径为30-50μm。
7.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于
8.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤三所述等离子弧光功率为20-40KW。
9.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤三所述冷喷涂的过程中送粉量为10-50cm3/min。
10.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤三在进行冷喷涂颗粒沉积前开启等离子装置，利用等离子弧光对待修复表面进行热处理50s；步骤三冷喷涂颗粒沉积结束后停止冷喷涂送粉，利用等离子弧光对所得涂层进行热处理50s。
...【技术特征摘要】
1.一种7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤一所述铝合金为7xxx系铝合金。
3.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：所述7xxx系铝合金为7075-t6铝合金。
4.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤二所述冷喷涂枪口与待修复表面的距离为25-40mm。
5.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤二所述等离子装置的等离子弧光枪口与待修复表面的距离为50-150mm。
6.根据权利要求1所述的7xxx系超高强铝合金冷喷涂硬质修复涂层的方法，其特征在于：步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：巩春志，刘启明，周长壮，梁讨丁，田修波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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