[發明專利]一種用于銅質螺旋槳表面損傷修復的冷噴涂裝置及方法

在審

• 申請號: 201710044902.9
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106835114A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 孫曉峰;李占明;宋巍;邱驥;史玉鵬;黃元林
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08
• 代理公司: 上海中優律師事務所31284
• 代理人: 楊子煒

技術領域

本發明涉及冷噴技術領域，具體為一種用于銅質螺旋槳表面損傷修復的冷噴涂裝置及方法。

背景技術

鎳鋁青銅合金因強度高，塑性、沖擊韌性好，抗腐蝕性、剝蝕性能強，以及良好澆注工藝性成為制作艦船等螺旋槳的首選。但螺旋槳作為艦船等大型海洋裝備的推進設備，工作環境惡劣，在航行中需承受巨大力矩及海水的沖擊、腐蝕，且因長年在海水中工作，受海生物等介質影響，常常產生腐蝕。發現螺旋槳有磨損、腐蝕或氣蝕等表面損傷后應及時修復，否則，不僅會使艦船水動力性能下降，更嚴重的是它將加速螺旋槳的氣蝕速度，一旦有了氣蝕洞穴，該處將更容易產生和附著氣泡，與光滑葉面和比，洞穴中的氣泡將更加難于脫離葉面。對于銅質螺旋槳的損傷修復，一般使用與該螺旋槳材質相同的焊條或焊絲，通過氣焊或氬弧焊方法進行修補。由于銅合金對應力腐蝕很敏感，焊前需預熱，而焊后又必須進行消除應力的熱處理，工藝難度大、條件艱苦。冷噴涂是近年來發展起來的一種新興的表面工程技術，以壓縮氣體(N₂、He、混合氣體或空氣等)驅動金屬粒子在完全固態下以極高的速度碰撞基板，使粒子發生強烈的塑性變形而沉積形成涂層的一種全新噴涂技術，它可以降低甚至完全消除傳統熱噴涂中氧化、相變、偏析、殘余拉應力和晶粒長大等不利影響，適于制備Cu、Ti等氧化敏感材料涂層，涂層與基體結合強度好，且效率高。

目前，堆焊是銅質螺旋槳損傷修復常用的方法，使用堆焊技術修復的銅質螺旋槳有一些不可忽視的缺點。第一，在焊接的高溫下，銅很容易氧化，造成塑性降低產生熱裂紋。第二，焊接時合金元素容易蒸發，促使熱裂紋、氣孔、夾渣的產生。第三，銅在高溫環境下過飽和氫的析出容易導致氣孔的產生。第四，銅合金焊接后，在使用的過程中有應力腐蝕裂紋的趨向，產生“自裂”。另外，由于銅合金對應力腐蝕很敏感，焊前需預熱，而焊后又必須進行消除應力的熱處理，工藝難度大、條件艱苦。例如氣焊時為防止熱量流失過快，影響施焊，需要同時另加幾把氣焊槍進行整體預熱，即使如此，堆焊修復也常因局部熱輸入量較大，發生過熱，引起螺旋槳葉面的變形。非熔化極氬弧焊修復螺旋槳葉面，雖然不用氣焊預熱和保溫即可施焊，但效率太低；熔化極氬弧焊雖然效率較高，但由于熱輸入較大，可能會導致變形，影響艦船螺旋槳尺寸和后續再加工。由于其表面腐蝕面積較大，需要整體進行修復，堆焊等傳統方法修復難度較大。

發明內容

針對艦船銅質螺旋槳表面腐蝕損傷嚴重，缺少有效修復方法難題，采用冷噴涂技術對其進行修復，解決常規修復方法中尺寸恢復效率低、熱變形大、結合強度低等難題，實現船艇銅質螺旋槳表面腐蝕損傷的低應力、小變形、高性能修復，為提高銅質螺旋槳安全性能，延長其使用壽命；本發明提供一種用于銅質螺旋槳表面損傷修復的冷噴涂裝置及方法，它能有效的解決背景技術中存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種用于銅質螺旋槳表面損傷修復的冷噴涂裝置，包括送粉器、送粉閥、超音噴射裝置、高壓氣體供給機構、氣閥和高壓氣體加熱裝置；所述送粉器通過管路與超音噴射裝置連接；所述高壓氣體供給機構、高壓氣體加熱裝置和超音噴射裝置依次通過管路連接；所述送粉器和超音噴射裝置的管路上設有送粉閥；所述高壓氣體供給機構和高壓氣體加熱裝置之間的管路上設有氣閥。

一種用于銅質螺旋槳表面損傷修復的冷噴涂方法，包括以下步驟：

步驟一，將鎳鋁青銅粉末加入至送粉器；

步驟二，調節超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離至20～40mm，設定送粉速率為30～50g/min，超音噴射裝置的噴嘴水平移動速率為5～15cm/min；

步驟三，利用高壓氣體供給機構將工業用氮送粉氣體增壓至3～4MPa；

步驟四，開啟高壓氣體加熱裝置將送粉氣體預熱至600～800℃；

步驟五，當送粉器加壓、預熱完畢后，打開送粉閥，粉末高速均勻噴出，噴射在鎳鋁青銅基體表面，形成涂層。

進一步，所述鎳鋁青銅粉末粒徑需分布在20～40μm之間。

進一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離最近為30mm。

進一步，所述步驟二中，送粉速率最佳為40g/min。

進一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴水平移動速率最佳為10cm/min。

進一步，所述步驟三中，加壓送粉氣體壓強為3.5MPa。

進一步，所述步驟四中，送粉氣體加熱后最佳溫度為700℃。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：