CN105937034A - 冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法，旨在供一种修复区域无变形，涂层密度高的修复方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先采用手工打磨气蚀坑，露出金属光泽；然后以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，复合粉末的粒度为（45～90）μm，采用气源为氮气的冷喷涂方法进行修复；在低压冷喷涂设备中，设定：氮气的进口温度为（450～500）℃，压力为（0.8～1.0）MPa，送粉量为（5～6）g/min的冷喷涂参数，喷枪与基体表面的距离为（10～15）mm，喷枪前端粉末粒子与高速气体的混合室，喷枪移动速度为（2～3）mm/s对露出金属光泽的加力泵蜗壳气蚀坑待修复面进行超音速冷喷；冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6。

Description

冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法

技术领域

本发明涉及航空发动机零部件维修领域，主要应用于航空发动机的加力泵蜗壳气蚀坑的冷喷涂修复。

技术背景

涡扇发动机加力泵壳体为铸造成型零件,加力泵壳体的气蚀在该型发动机的众多机件中尤为突出和严重,为多发性故障；这与其工作条件恶劣,高转速和机件材质是分不开的。在发生气蚀的加力泵壳体中,油液被叶轮沿顺时针方向甩出,由于靠近出口管,会形成一个相对的低压区和涡流区域,油液中溶解的气体极易在此分离形成气爆。在设计时为了减轻发动机重量,蜗壳采用的是铝合金材料,仅在中心顶部位置镶了一钢衬套,抗气蚀的能力比钢差很多,作一段时间后必然会形成气蚀痕迹；同时由于该处是由铸造成型的,表面粗糙度大,液体高速流动产生的冲蚀会加剧材料剥离的进程。一般情况,经过一个发动机首翻期(300 h)的使用,在此处形成的气蚀痕迹十分明显；如果油气分离不是很好的发动机,产生的气蚀就更加严重,表面会形成疏松状。气蚀严重者,蜗壳存在被气蚀穿的可能性。又由于靠近安装边上的螺桩孔,气蚀穿的壳体在工作时,油液会沿气蚀形成的疏松间隙通道，从螺桩孔的放气眼漏出。壳体随附件整体工作的时间均不超过800 h。气蚀的产生在出口处，并且扩压管在这里和壳体相连接,因此该处油液的流场情况十分复杂,几股流体的相互冲撞产生很多涡流,气体极易在这里发生分离同时形成气爆；同时流体在该处的冲蚀，从而加剧了该处的气蚀。由于此处开有一引流孔,从而扰乱了该处的流畅稳定,小部分气体从油液中分离,在引流孔的边缘形成气蚀并在油液流动方向上沿孔的周边发展。由于钢的抗气蚀能力要强于铝合金,不难看出只有铝合金部分出现了气蚀现象,而紧邻的钢衬套并没有气蚀痕迹。故障发展进程快,壳体一般仅使用800 小时左右就会现因气蚀和气蚀穿而报废的情况。裂纹故障一般出现在第一次翻修时,由此可见裂纹实际上就是因为零件在铸造加工时留下的固有缺陷造成的。加力泵壳体的气蚀对该附件的危害性乃至对于整个发动机的危害都是十分严重的,其危害不亚于一颗威胁飞行安全的不定时炸弹。由于该类故障件没有修复的可能性,再加之现阶段不能解决该零件的自制,同时外购价格昂贵并且是有价无货,其已经严重制约了发动机的整机修复进度。壳体的气蚀是无法避免的,因为燃油中都会溶解或多或少的气体,只有通过提高发动机自身油气分离的质量来减缓气蚀的进程,但是不可能完全消除气蚀的发生。目前对于产生气蚀的壳体的修复仍是一个的难题,修理的着力点在于采用一项全新的整体填料修补技术。通过做好发动机整体的油气分离可减缓壳体的气蚀进程。

目前航空发动机分解大修时，发现加力泵蜗壳内壁出现局部气蚀坑而导致报废现象比较多。加力泵蜗壳的材料为铸造铝合金，常规的修理方法是采用铝合金焊丝，用手工氩弧焊进行修复，该方法的缺点是由于铝合金在加热过程中容易吸收气体，同时铝合金也容易氧化，导致在焊接部位产生气孔和变形等缺陷，从而降低了零件的合格率。如果采用电镀方法真空等离子喷涂复合，由于涂层厚度达1 mm以上，采用电镀方法须耗时长，至少需要2周，采用真空等离子喷涂价格昂贵，不需涂层的表面清洁处理困难。

随着涂层技术的发展，一种新型的喷涂技术---冷喷涂技术得到了快速发展。冷喷涂的原理是金属或金属陶瓷混合粉末添加到超声气体流中被加速冲击到金属表面而形成具有良好结合力的高密度涂层。冷喷涂是基于空气动力学原理的一种喷涂技术，喷涂过程是利用高压气体(空气、氮、氦或其混合物)通过缩放管产生超音速流动，将粉末粒子从轴向送入高速气流中，经加速后，在完全固态下撞击基体，通过较大的塑性流动变形而沉积于基体表面上形成涂层。冷喷涂的理论基础是压缩空气加速金属粒子到临界速度(超音速)，金属粒子直击到基体表面后发生物理形变。它的优点是基体无热影响区，无有害残余应力，可形成大于1 mm厚的涂层，涂层密度高等独特的优点。因此，冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑具有独特的优势，目前没有公开报道过采用冷喷涂技术修复加力泵蜗壳气蚀坑。

发明内容

本发明针对现有技术修复加力泵蜗壳气蚀坑不足之处，本发明提供一种修复区域无变形，涂层密度高，冷喷涂铝合金的方法来修复加力泵蜗壳的气蚀坑。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法其特征在于包括如下步骤：

首先采用手工打磨气蚀坑，露出金属光泽；然后以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，复合粉末的粒度为（45～90）μm，采用气源为氮气的冷喷涂方法进行修复；设定：氮气的进口温度为（450～500）℃，压力为（0.8～1.0）MPa，送粉量为（5～6）g/min，喷枪与基体表面的距离为（10～15）mm，喷枪移动速度为（2～3）mm/s的冷喷涂参数，对露出金属光泽的加力泵蜗壳气蚀坑待修复面进行超音速冷喷；冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，复合粉末的粒度为（45～90）μm，采用气源为氮气的冷喷涂方法进行修复。由于粉末没有经历明显的热过程，基本不发生组织结构的变化，喷涂工作温度低，对喷涂粒子和基体的热影响小。喷涂粒子基本没有氧化、相变或晶粒长大，涂层结合强度大于40 MPa。基体工件无变形，修复区域的致密度达到100%,满足一个工作寿命的要求，可广泛应用于航空发动机加力泵壳体气蚀坑的修复。

具体实施方式

根据本发明，首先采用手工打磨气蚀坑，露出金属光泽；然后以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，其中，化学成分为Al重量百分比为70%～80%，余量为Al₂O₃；Al₂O₃的重量百分比为20%～30%。复合粉末的粒度为（45～90）μm，采用气源为氮气的冷喷涂方法进行修复；设定：氮气的进口温度为（450～500）℃，压力为（0.8～1.0）MPa，送粉量为（5～6）g/min的冷喷涂参数，喷枪与基体表面的距离为（10～15）mm，喷枪移动速度为（2～3）mm/s对露出金属光泽的加力泵蜗壳气蚀坑待修复面进行超音速冷喷；冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6。

实施例1

针对航空发动机加力泵蜗壳气蚀坑超标零件，对加力泵蜗壳气蚀坑位置进行手工打磨，露出金属光泽；以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，采用冷喷涂的方法进行修复。复合粉末的粒度为（45～90）μm范围任意取值，化学成分为Al重量百分比为70%，Al₂O₃的重量百分比为30%。冷喷涂参数为气源为氮气，氮气的进口温度为450 ℃，压力为1.0 MPa，送粉量为5.5 g/min，喷枪与基体表面的距离为12 mm，喷枪移动速度为2 mm/s。冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6，经过一个工作时间的考核后，无掉块等现象发生，满足使用要求。

实例2

针对航空发动机加力泵蜗壳气蚀坑超标零件，将气蚀坑进行手工打磨，露出金属光泽；以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，采用冷喷涂的方法进行修复。复合粉末的粒度为（45～90）μm范围任意取值，化学成分为Al重量百分比为80%，Al₂O₃的重量百分比为20%。冷喷涂参数为气源为氮气，氮气的进口温度为500 ℃，压力为0.8 MPa，送粉量为5.5 g/min，喷枪与基体表面的距离为15 mm，喷枪移动速度为3 mm/s。冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6，经过一个工作时间的考核后，无掉块等现象发生，满足使用要求。

Claims (3)

1.一种冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法其特征在于包括如下步骤：

首先采用手工打磨气蚀坑，露出金属光泽；然后以Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，复合粉末的粒度为（45～90）μm，采用气源为氮气的冷喷涂方法进行修复；设定：氮气的进口温度为（450～500）℃，压力为（0.8～1.0）MPa，送粉量为（5～6）g/min，喷枪与基体表面的距离为（10～15）mm，喷枪移动速度为（2～3）mm/s的冷喷涂参数，对露出金属光泽的加力泵蜗壳气蚀坑待修复面进行超音速冷喷；冷喷涂完后进行手工打磨，使表面粗糙度达到Ra 1.6。

2.如权利要求1所述的冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法其特征在于：Al+Al₂O₃复合粉末为修复原材料，其中，化学成分为，Al重量百分比为70%～80%，余量为Al₂O₃。

3.如权利要求2所述的冷喷涂修复加力泵蜗壳气蚀坑的方法其特征在于：Al₂O₃的重量百分比为20%～30%。