CN112760632A - 空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法及***，其特征在于，包括：步骤S1：针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小，获取缺陷尺寸信息；步骤S2：根据缺陷尺寸信息，在母材缺陷处喷涂强度大于设定阈值的金属及合金修复构件进行修复；步骤S3：选用喷涂纳米粉末，采用在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉；步骤S4：获取空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复结果信息。本发明中，在轨冷喷涂***去除热源辅助可有效简化结构及减重，摆脱电源的束缚，用高压气源为唯一动能源，实现真正意义上的冷喷涂，达到高致密高强度的修复效果。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体地，涉及一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法及***。
背景技术
在空间站建造、运营及延长寿命等工作进行中发现，近地空间环境对空间站高强金属及合金结构件的主要危害来源于流星体和空间碎片。较大固体冲击会对轻合金结构件造成损伤，导致材料的性能降低甚至失效，服役时间下降。空间环境下，无法进行常规的熔化焊、固相焊等方法修复，而激光熔覆修复和热喷涂需要较大的能量源支撑，所述的修复方式工作温度较高、残余应力大。空间环境下冷喷涂***可突破激波限制，纳米高强金属粉末可以实现喷涂沉积，该过程不发生氧化、烧损、相变、组织变化等变化，解决了大气环境下冷喷涂高强度金属无法变形沉积的难题。在轨冷喷涂***去除热源辅助可有效简化结构及减重，摆脱电源的束缚，用高压气源为唯一动能源，实现真正意义上的“冷”喷涂，达到高致密高强度的修复效果。同时所沉积高强金属及合金修复构件尺寸可控，孔隙率极低，表面粗糙度低，可快速高效实现块体沉积成形，实现空间站高强金属及合金结构件在轨维护和快速制造。
专利文献CN109985744A公开了一种冷喷涂修复***，包括喷嘴装置、喷涂介质输送装置和计算控制装置；计算控制装置控制喷涂介质输送装置将喷涂介质输送至喷嘴装置；计算控制装置控制喷嘴装置对待修复部件进行喷涂。该专利取得的技术效果仍然有待完善的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法及***。
根据本发明提供的一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，包括：
步骤S1：针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小，获取缺陷尺寸信息；
步骤S2：根据缺陷尺寸信息，在母材缺陷处喷涂强度大于设定阈值的金属及合金修复构件进行修复；
步骤S3：选用喷涂纳米粉末，采用在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉；
步骤S4：获取空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复结果信息。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：选择以下任意一种或者多种材料作为强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的原料：
-钛；
-铝；
-镁；
-合金和不锈钢粉末。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，实时调控，保证均匀送粉的速度为50g/min-500g/min。
优选地，所述步骤S3还包括：
步骤S3.2：选用氦气为喷涂气体，选择氦气作为送粉和主气，设置送粉气体压力为7.5M-8.0MPa，设置主气气体压力为7.0MPa-7.5MPa。
优选地，所述步骤S3还包括：
步骤S3.3：设置喷枪与母材之间距离为15-25mm，设置喷枪移动速度为1-30mm/s，通过冷喷涂实现高强金属及合金缺陷快速修复。
本发明提供了一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，包括：
步骤S1：针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小，获取缺陷尺寸信息；
步骤S2：根据缺陷尺寸信息，在母材缺陷处喷涂强度大于设定阈值的金属及合金修复构件进行修复；
步骤S3：选用喷涂纳米粉末，采用在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉；
步骤S4：获取空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复结果信息。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：选择以下任意一种或者多种材料作为强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的原料：
-钛；
-铝；
-镁；
-合金和不锈钢粉末。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，实时调控，保证均匀送粉的速度为50g/min-500g/min。
优选地，所述步骤S3还包括：
步骤S3.2：选用氦气为喷涂气体，选择氦气作为送粉和主气，设置送粉气体压力为7.5M-8.0MPa，设置主气气体压力为7.0MPa-7.5MPa。
优选地，所述步骤S3还包括：
步骤S3.3：设置喷枪与母材之间距离为15-25mm，设置喷枪移动速度为1-30mm/s，通过冷喷涂实现高强金属及合金缺陷快速修复；
所述强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的粉末的平均粒径为1nm-500nm；
所述强度大于设定阈值的金属及合金修复构件包括：强度大于设定阈值的金属及合金；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的成形尺寸为250nm公差可控；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的孔隙率低于0.1％；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的表面粗糙度为Ra25以下；
所述强度大于设定阈值的金属及合金与母材的结合强度为45MPa-60MPa。
无任何热源辅助下，以高压氦气为唯一动能源，以纳米粉末为原料，采用冷喷涂技术在母材上沉积高强金属及合金修复构件。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种用于空间环境高强金属及合金冷喷涂快速修复的方法，在轨冷喷涂***去除热源辅助可有效简化结构及减重，摆脱电源的束缚，用高压气源为唯一动能源，实现真正意义上的“冷”喷涂，达到高致密高强度的修复效果；
2、本发明提供了一种用于空间环境高强金属及合金冷喷涂快速修复的方法，空间环境下冷喷涂***可突破激波限制，纳米高强金属粉末可以实现喷涂沉积，该过程不发生氧化、烧损、相变、组织变化等变化，解决了大气环境下冷喷涂高强度金属无法变形沉积的难题；
3、本发明流程构造合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中在轨冷喷涂快速修复***示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种用于空间环境下高强金属及合金修复构件，所述的母材为结构件缺陷，，高强金属及合金修复构件的原料一般为钛、铝、镁以及合金和不锈钢等粉末，高强金属及合金粉末的平均粒径为1nm-500nm。
高强金属及合金的修复构件尺寸250nm公差可控，修复构件的孔隙率低于0.1％，修复构件的表面粗糙度Ra25以下，修复构件与母材的结合强度60MPa-75MPa。
一种用于空间环境高强金属及合金冷喷涂快速修复的方法，该方法的步骤
(1)针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小；
(2)在母材缺陷处喷涂高强金属及合金粉末进行修复；
在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉100g/min-500g/min可调可控；
喷涂纳米粉末以氦气为喷涂气体，送粉和主气都为氦气，送粉气体压力为7.5M-8.0MPa，主气气体压力为7.0MPa-7.5MPa。
喷枪与母材之间距离为15-25mm，喷枪移动速度为1-30mm/s，通过冷喷涂实现高强金属及合金缺陷快速修复。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例二
一种用于空间环境镁锂合金冷喷涂快速修复的方法，所述的母材为镁锂合金结构件缺陷，修复构件的原料为与母材相同的镁锂合金粉末，镁锂合金颗粒的平均粒径为100nm-150nm。该方法的步骤：
(1)针对镁锂合金结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸为100mm×80mm×2mm；
(2)在母材缺陷处喷涂镁锂合金粉末进行修复；
在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉100g/min；
喷涂纳米粉末以氦气为喷涂气体，送粉和主气都为氦气，送粉气体压力为7.5MPa，主气气体压力为7.0MPa。
喷枪与母材之间距离为20mm，喷枪移动速度为15mm/s，通过冷喷涂实现高强金属及合金缺陷快速修复。
高强金属及合金的修复构件尺寸250nm公差可控，修复构件的孔隙率低于0.1％，修复构件的表面粗糙度Ra25以下，修复构件与母材的结合强度60MPa-65MPa。
实施例二
一种用于空间环境钛合金冷喷涂快速修复的方法，所述的母材为钛合金结构件缺陷，修复构件的原料为与母材相同的钛合金粉末，钛合金颗粒的平均粒径为100nm-150nm。该方法的步骤：
(1)针对钛合金结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸为100mm×2mm×10mm；
(2)在母材缺陷处喷涂钛合金粉末进行修复；
在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉50g/min；
喷涂纳米粉末以氦气为喷涂气体，送粉和主气都为氦气，送粉气体压力为8.0MPa，主气气体压力为7.5MPa。
喷枪与母材之间距离为18mm，喷枪移动速度为10mm/s，通过冷喷涂实现高强金属及合金缺陷快速修复。
高强金属及合金的修复构件尺寸250nm公差可控，修复构件的孔隙率低于0.1％，修复构件的表面粗糙度Ra25以下，修复构件与母材的结合强度65MPa-70MPa。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，包括：
步骤S1：针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小，获取缺陷尺寸信息；
步骤S2：根据缺陷尺寸信息，在母材缺陷处喷涂强度大于设定阈值的金属及合金修复构件进行修复；
步骤S3：选用喷涂纳米粉末，采用在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉；
步骤S4：获取空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复结果信息。
2.根据权利要求1所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：选择以下任意一种或者多种材料作为强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的原料：
-钛；
-铝；
-镁；
-合金和不锈钢粉末。
3.根据权利要求1所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，实时调控，保证均匀送粉的速度为50g/min-500g/min。
4.根据权利要求1所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S3.2：选用氦气为喷涂气体，选择氦气作为送粉和主气，设置送粉气体压力为7.5M-8.0MPa，设置主气气体压力为7.0MPa-7.5MPa。
5.根据权利要求1所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S3.3：设置喷枪与母材之间距离为15-25mm，设置喷枪移动速度为1-30mm/s。
6.一种空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，其特征在于，包括：
步骤S1：针对结构件的缺陷进行测量，确定缺陷的尺寸大小，获取缺陷尺寸信息；
步骤S2：根据缺陷尺寸信息，在母材缺陷处喷涂强度大于设定阈值的金属及合金修复构件进行修复；
步骤S3：选用喷涂纳米粉末，采用在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，保证均匀送粉；
步骤S4：获取空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复结果信息。
7.根据权利要求6所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：选择以下任意一种或者多种材料作为强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的原料：
-钛；
-铝；
-镁；
-合金和不锈钢粉末。
8.根据权利要求6所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：在轨冷喷涂***无辅助加热装置，依靠气源驱动送粉器转动，实时调控，保证均匀送粉的速度为50g/min-500g/min。
9.根据权利要求8所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S3.2：选用氦气为喷涂气体，选择氦气作为送粉和主气，设置送粉气体压力为7.5M-8.0MPa，设置主气气体压力为7.0MPa-7.5MPa。
10.根据权利要求1所述的空间环境下高强金属及合金冷喷涂快速修复***，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S3.3：设置喷枪与母材之间距离为15-25mm，设置喷枪移动速度为1-30mm/s；
所述强度大于设定阈值的金属及合金修复构件的粉末的平均粒径为1nm-500nm；
所述强度大于设定阈值的金属及合金修复构件包括：强度大于设定阈值的金属及合金；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的成形尺寸为250nm公差可控；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的孔隙率低于0.1％；
所述强度大于设定阈值的金属及合金的表面粗糙度为Ra25以下；
所述强度大于设定阈值的金属及合金与母材的结合强度为45MPa-60MPa。
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