[發(fā)明專利]一種鈦合金薄壁件表面損傷修復(fù)用冷噴涂粉末及修復(fù)方法

有效

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• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN109207988B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 靳磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;C22C14/00;C22C32/00;B22F1/00
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本發(fā)明提供了一種鈦合金薄壁件表面損傷修復(fù)用冷噴涂粉末，涉及涂層修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)要點在于：組成成份包括40~70wt%的TC4、29~50wt%的Ti、1~10wt%的Al₂O₃；一種鈦合金薄壁件表面損傷的修復(fù)方法，以He為載氣，將TC4，Ti與Al₂O₃混合粉末冷噴涂于鈦合金薄壁板受損表面處，得到修復(fù)涂層，涂層厚度超過原始壁厚；本發(fā)明的復(fù)合粉末較單一的TC4粉末形成涂層更加容易，利用率從60%提高到70%，節(jié)省了噴涂粉末材料成本，復(fù)合粉末較單一的TC4粉末形成涂層孔隙率更低，復(fù)合粉末相對單一的TC4粉末噴涂沉積的熱量輸入降低，可使薄壁結(jié)構(gòu)的鈦合金熱致變形被最小化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涂層修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈦合金薄壁件表面損傷修復(fù)用冷噴涂粉末及修復(fù)方法。

背景技術(shù)

航空領(lǐng)域內(nèi)大量使用鈦合金，TC4鈦合金壁板類部件是飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中非常關(guān)鍵的組成部分，維持了飛機(jī)結(jié)構(gòu)外形、強(qiáng)度、氣動性能等，為進(jìn)一步減重，新型飛機(jī)開始大量使用較薄的壁板與蜂窩三明治夾心結(jié)構(gòu)，壁板厚度約2mm，蜂窩厚度約10mm，壁板與蜂窩間的連接方式是釬焊，但在壁板與蜂窩焊接過程中，因焊接冷卻后造成壁板表面一定程度的塌陷，形狀呈操場形，尺寸約160mm×75mm，深度約0.4mm，每塊后機(jī)身受損壁板凹坑數(shù)量高達(dá)幾十個，這種表面有一定深度的損傷不僅影響了外觀，甚至影響整個鈦合金部件使用強(qiáng)度、安全性、隱身性等功能。

TC4鈦合金薄壁板表面凹坑填補(bǔ)、修復(fù)是解決鈦合金壁板類損傷件快捷、經(jīng)濟(jì)的方法。針對這種TC4軋制狀態(tài)板材表面損傷，現(xiàn)有技術(shù)中最常用的修復(fù)材料是NiAl金屬粉末，制備方案最成熟的是大氣等離子噴涂，該工藝制備的NiAl粘結(jié)層與TC4鈦合金粘接牢固而被使用。但該工藝修復(fù)TC4凹坑有一定限制，凹坑最大深度不超過1mm，如果修復(fù)超過1mm級的深坑，涂層容易剝落。除了對凹坑深度有限制，大氣等離子噴涂工藝對薄壁板自身厚度也有限制，如果薄壁板厚度≤0.6mm，薄壁板容易在等離子焰流熱致變形，造成后續(xù)矯形困難。

激光堆焊TC4鈦合金粉末也是鈦合金薄壁板表面凹坑、填補(bǔ)的另一重要方法。但由于激光光束熱焓大，加上鈦合金材料熱導(dǎo)率較高，厚度較薄，修復(fù)過程中大量熱量輸入容易使原較薄鈦合金結(jié)構(gòu)受熱不均然后冷卻扭曲變形，造成后續(xù)外形校正難度也非常大。

綜上所述，受損薄壁件對受損深度、自身壁板厚度、等離子噴涂工藝參數(shù)、激光堆焊工藝參數(shù)、薄壁板冷卻裝置、薄壁板夾持工裝等均有嚴(yán)格要求。因此需要尋求工藝更加可控、操作更加簡便的噴涂修復(fù)技術(shù)緩解這一問題。

隨著涂層制備技術(shù)的發(fā)展，冷噴涂技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。冷噴涂是基于空氣動力學(xué)原理的一種噴涂技術(shù)，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。它相比較熱噴涂，顆粒在碰撞基體前處于固態(tài)，溫度大大降低，且冷噴涂修復(fù)效果相對熱噴涂而言，結(jié)合強(qiáng)度更高（70MPa）、應(yīng)力更小（且為殘余壓應(yīng)力）、孔隙率極低（0~1%）、可制備厚涂層（cm級）等優(yōu)點。因此，冷噴涂修復(fù)飛機(jī)鈦合金薄壁件表面凹坑具有明顯的優(yōu)勢。