CN116329569A - 一种适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，通过对镁合金机匣进行无损检测，清除损伤部位表面的腐蚀产物及表面裂纹，通过三维扫描技术得到损伤部位的点云数据，生成初步加工面控制点的参数，优化参数构建曲面模型，快速准确的获得曲面形状，依据曲面形状对损伤部位进行机加工以获得喷涂基面，采用冷喷涂技术对喷涂基面进行涂层修复，在喷涂基面上形成沉积层，对沉积层进行铣削加工，恢复镁合金机匣的外形和尺寸后，检验涂层质量。通过三维扫描建模技术，对损伤部位进行模型重建，快速准确获取损伤部位的缺陷信息，根据缺陷信息对损伤部位进行机加工处理，使得后续冷喷涂时，涂层与喷涂基面有更好的结合力，提高修复后的使用性能。

Description

一种适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法
技术领域
本发明涉及航空零部件维修技术领域，具体涉及一种镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法。
背景技术
镁合金机匣及相关零部件在复杂的服役环境下，其表面容易出现裂纹、疏松、气孔和夹杂等缺陷，或由于镁合金耐蚀性差，硬度低，腐蚀介质侵蚀和外力作用容易对机匣表面造成损伤。
在对镁合金机匣及相关零部件进行修复的过程中，需要对腐蚀部位进行表面预处理，在现有技术中，使用冷喷涂的方式对腐蚀损伤的镁合金机匣表面进行修复，在进行修复前通常需要使用砂纸对腐蚀部位进行打磨预处理，以便于基体和涂层的结合，但是通过砂纸打磨耗时长，且打磨后的精度低，从而导致基体和涂层的结合性弱，对修复后的零部件的强度造成影响，使得修复后的零部件无法达到服役要求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的通过砂纸打磨腐蚀部分，耗时长且打磨精度低的缺陷，从而提供可保证修复后满足强度要求的一种镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，包括以下步骤：
无损检测及表面预处理：结合无损检测结果，清除镁合金机匣表面腐蚀产物及表面裂纹；
扫描建模：对清除表面腐蚀产物及表面裂纹后的损伤部位进行激光扫描，并构建曲面模型；
构建曲面形状及加工喷涂基面：根据所述曲面模型，在所述损伤部位构建待加工的曲面形状，并对所述曲面形状进行机加工以获得喷涂基面；
冷喷涂增材修复：对所述喷涂基面进行冷喷涂修复，且喷涂后的沉积层厚度高于所述原镁合金机匣表面高度；
损伤部位表面精加工：通过机加工将所述沉积层进行铣削，以获得所述镁合金机匣表面初始形状及尺寸；
表面处理及性能检测：对修复后的所述镁合金机匣进行局部或整体表面处理，并检验所述镁合金机匣表面修复的涂层质量。
根据本发明的一些实施例，在进行无损检测及表面预处理后，结合所述损伤部位的面积占所述镁合金机匣损伤所在截面的百分比对所述镁合金机匣进行力学分析。
根据本发明的一些实施例，所述损伤部位的面积占所述镁合金机匣损伤所在截面的百分比低于等于10％。
根据本发明的一些实施例，在所述扫描建模中，通过3D扫描设备获得所述损伤部位的缺陷点云，根据所述缺陷点云，通过三维建模软件构建所述曲面模型。
根据本发明的一些实施例，所述构建曲面形状及加工喷涂基面中，通过数控机床，根据所述曲面形状的参数对所述损伤部位进行机加工，以获得所述喷涂基面。
根据本发明的一些实施例，获得所述喷涂基面后，对所述喷涂基面进行喷砂粗化，粗化后的所述喷涂基面表面粗糙度为Ra3～5。
根据本发明的一些实施例，所述喷砂粗化工艺参数为压力0.3～0.5MPa，喷砂距离：30～50mm，喷砂角度90°±10°，喷砂覆盖率为100％。
根据本发明的一些实施例，在进行所述喷砂粗化后，通过清洗机对所述喷涂基面进行表面清洁，所述表面清洁时间与所述冷喷涂修复时间间隔低于等于4小时。
根据本发明的一些实施例，所述涂层原材料为纯铝金属粉末，所述纯铝金属粉末的粒度为20～53μm。
根据本发明的一些实施例，所述冷喷涂采用惰性气体作为粉末驱动气体，喷涂参数为：气流压力为3～5MPa，喷涂温度为350～550℃，喷涂距离为20～50mm，送粉率为10～50g/min。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，通过对镁合金机匣进行无损检测，确定损伤部位后，清除该损伤部位表面的腐蚀产物及表面裂纹，通过三维扫描技术，对损伤部位进行激光扫描，并通过扫描得到的点云数据构建曲面模型，根据该曲面模型的优化参数，快速准确获得待修复表面的曲面形状，并根据曲面形状对待修复部位进行机加工以获得喷涂基面，然后采用冷喷涂技术对喷涂基面进行增材修复，在镁合金机匣待修复的喷涂基面上形成沉积层，通过对沉积层铣削加工，以获得镁合金机匣的初始形状及尺寸，对修复后的镁合金机匣进行局部或整体表面处理后，检验涂层质量及机匣强度性能。该修复方法，通过三维扫描建模技术，对损伤部位进行模型重建，以快速准确获取损伤部位的缺陷信息，并根据缺陷信息对损伤部位进行机加工处理，使得后续冷喷涂时，涂层与基体可以更好的结合，提高修复后的涂层质量及强度性能。
2.本发明提供的镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，通过三维扫描技术，结合三维建模软件对损伤部位进行模型搭建，以软件优化的方式快速准确的获取损伤部位的缺陷信息，结合软件优化后的结果数据，对损伤部位进行机加工，减少数据量，以适用于大尺寸的零部件的测量要求，快速准确获取大尺寸零部件损伤部位的缺陷信息，提高效率。
3.本发明提供的镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，采用纯铝金属粉末作为涂层原材料，通过冷喷涂的方式对损伤部位进行维修，纯铝具有优异的耐腐蚀性能，且与镁合金的电偶腐蚀驱动力较小，纯铝的低密度、高导电和导热等性能不会造成镁合金特性的显著变化，可以通过多道沉积获得合适的厚度。
4.本发明提供的镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，采用冷喷涂的方式对镁合金机匣的损伤部位进行修补，冷喷涂的温度较低，显著降低了对基体材料的热影响，此外，冷喷涂产生残余压应力，能提高镁合金机匣修复后的抗疲劳及耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一些实施例中提供的镁合金机匣腐蚀损伤修复方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参照图1所示，本发明提出了一种适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，包括以下步骤：
步骤S100：对镁合金机匣进行无损检测及表面预处理：结合无损检测结果，清除镁合金机匣表面腐蚀产物及表面裂纹；
具体说明，无损检测包括超声波检测或涡流检测等方式，其具体检测方式不作为本发明的限制，在本发明的一些实施例中，通过内窥镜对镁合金机匣进行孔探检查，以获得损伤部位的位置及面积尺寸。在获得损伤部位的具***置及面积尺寸后，使用砂纸等工具清除镁合金机匣表面的腐蚀产物以及表面裂纹。
可以理解的是，在本发明的一些实施例中，在进行无损检测及表面预处理后，结合损伤部位的面积占镁合金机匣损伤所在截面的百分比，对镁合金机匣进行力学分析。当损伤部位的面积所占镁合金机匣损伤所在截面的百分比低于等于10％时，说明该镁合金机匣可进行维修，且维修后的强度性能满足强度要求。当损伤部位的面积所占镁合金机匣截面的百分比大于10％时，说明镁合金机匣不适于维修，维修后的强度性能无法满足强度要求。该维修可行性分析可减少无效工作，提高工作效率。
步骤S200：在完成维修可行性评估后，对可维修的镁合金机匣的损伤部位进行扫描建模，即对清除表面腐蚀产物及表面裂纹后的损伤部位进行激光扫描，并构建曲面模型；
具体说明，当对损伤部位表面进行腐蚀产物清除后，通过3D激光扫描设备对损伤部位进行扫描，以获得损伤部位的缺陷点云，生成初步加工面控制点的参数，将该参数作为优化变量，以增材制造要求作为约束条件，通过三维建模软件优化形成曲面模型。可以理解的是三维建模软件包括UG、3DMax等，三维建模软件的具体类型不作为本发明的限制。
只使用3D扫描设备无法对大尺寸的镁合金机匣进行测量，且只通过扫描后的点云直接获得损伤部位的曲面形状，精度过高，计算量过大。而通过三维扫描技术，结合三维建模软件对损伤部位进行模型搭建，以软件优化的方式快速准确的获取损伤部位的缺陷信息，减少数据量计算。
步骤S300：根据曲面模型，在损伤部位构建待加工的曲面形状，并对曲面形状进行机加工以获得喷涂基面；
具体说明，将镁合金机匣安装在数控机床上，具体的可选用五轴数控机床对镁合金机匣进行加工。根据优化后的模型数据，镁合金机匣的损伤部位构建待加工的曲面形状，通过铣刀进行铣削加工，以获得满足待沉积面角度和光滑过渡的喷涂基面。
由于镁合金机匣具有较高的尺寸精度及强度要求，一方面既要完全消除腐蚀氧化的表面，另一方面要减少切削深度，传统技术中通过砂纸对损伤部位进行打磨，无法精准地控制铣削尺寸，容易导致打磨后切削深度过深，影响镁合金机匣修复后的强度，此外，通过人为控制砂纸对损伤部位进行加工，耗时较长，降低了维修效率，增加了成本。而在本发明的一些实施例中，通过机加工的方式，对镁合金机匣的损伤部位进行加工，在精准控制切削深度，保障强度的同时，提高了工作效率。
可以理解的是，在本发明的一些实施例中，获得喷涂基面后，对喷涂基面进行喷砂粗化，粗化后的喷涂基面表面粗糙度为Ra3～5。
具体说明，喷砂粗化工艺参数为压力0.3～0.5MPa，喷砂距离：30～50mm，喷砂角度90°±10°，喷砂覆盖率为100％。
喷砂粗化可去除喷涂基面的污染物，如喷涂基面加工过程中的产生的飞屑等，此外，喷砂粗化可增加喷涂基面的粗糙程度，增加涂层与喷涂基面的接触面积，提高涂层的附着力。
在本发明的一些实施例中，在进行喷砂粗化后，通过清洗机对喷涂基面进行表面清洁，表面清洁时间与冷喷涂修复时间间隔低于等于4小时。
具体说明，通过干冰清洗机对喷涂基面进行表面清洁，去除喷砂过程中附着在喷涂基面上的颗粒以及表面灰尘，表面清洁时间与冷喷涂修复时间间隔不超过4个小时，避免灰尘重新附着在喷涂基面上，影响涂层与喷涂基面的结合。
步骤S400：冷喷涂增材修复；对喷涂基面进行表面清洁后，通过冷喷涂设备对喷涂基面进行冷喷涂增材修复，沉积层厚度高于镁合金机匣原始尺寸；
具体说明，在本发明的一些实施例中，冷喷涂原材料为纯铝金属粉末，纯铝金属粉末的粒度为20～53μm。
采用纯铝金属粉末作为喷涂粉末，通过冷喷涂的方式对损伤部位进行修复，纯铝具有优异的耐腐蚀性能，且与镁合金的电偶腐蚀驱动力较小，纯铝的低密度、高导电和导热等性能不会造成镁合金特性的显著变化，可以通过多道沉积获得合适的厚度。
在本发明的一些实施例中，喷涂采用惰性气体作为粉末驱动气体，喷涂参数为：气流压力为3～5MPa，喷涂温度为350～550℃，喷涂距离为20～50mm，送粉率为10～50g/min。
可以理解的是，惰性气体可以选用氮气或氖气等，具体选用的惰性气体的种类不作为本发明的限制。通过冷喷涂的方式，使得喷涂的的沉积层高于镁合金机匣待修复表面0.8－5mm，以便于在后续的机加工打磨时留下足够余量。
步骤S500：损伤部位表面精加工：通过机加工将沉积层进行铣削，以获得镁合金机匣的初始形状及尺寸；
具体说明，根据镁合金机匣的原始形状和尺寸，对增材的沉积层进行铣削加工，以恢复镁合金机匣的外形和尺寸。
步骤S600：表面处理及性能检测：对修复后的镁合金机匣进行局部或整体表面处理，并检验镁合金机匣的强度性能。
具体说明，在恢复镁合金机匣的外形和尺寸后，结合超声波探伤和渗透检测对镁合金机匣进行表面和内部缺陷检验，对于修复和检验结束的镁合金机匣，进行局部或整体表面的处理和涂装，检验冷喷涂修复的镁合金机匣的性能是否符合使用要求。
本发明提出的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法中，通过对镁合金机匣进行无损检测，确定损伤部位后，清除该损伤部位表面的腐蚀产物及表面裂纹，通过三维扫描技术，对损伤部位进行激光扫描，并通过扫描得到的点云数据构建曲面模型，根据该曲面模型的优化参数，快速准确获得待修复表面的曲面形状，并对曲面形状进行机加工以获得喷涂基面，然后采用冷喷涂技术对喷涂基面进行冷喷涂增材修复，以使得原材料粉末在喷涂基面上形成沉积层，通过对沉积层铣削加工，使得沉积层与镁合金机匣表面平整，对修复后的镁合金机匣进行局部或整体表面处理后，检验强度性能。该修复方法，通过三维扫描建模技术，对损伤部位进行模型重建，以快速准确获取损伤部位的缺陷信息，并根据缺陷信息对损伤部位进行机加工处理，使得后续冷喷涂时，增材与喷涂基面可以更好的结合，提高修复后的强度性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种适用于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
无损检测及表面预处理：结合无损检测结果，清除镁合金机匣表面腐蚀产物及表面裂纹；
扫描建模：对清除表面腐蚀产物及表面裂纹后的损伤部位进行激光扫描，并构建曲面模型；
构建曲面形状及加工喷涂基面：根据所述曲面模型，在所述损伤部位构建待加工的曲面形状，并对所述曲面形状进行机加工以获得喷涂基面；
冷喷涂增材修复：对所述喷涂基面进行冷喷涂修复，且喷涂后的沉积层厚度高于所述原镁合金机匣表面高度；
损伤部位表面精加工：通过机加工将所述沉积层进行铣削，以获得所述镁合金机匣的初始形状及尺寸；
表面处理及性能检测：对修复后的所述镁合金机匣进行局部或整体表面处理，并检验所述镁合金机匣的表面修复涂层质量。
2.根据权利要求1所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，在进行无损检测及表面预处理后，结合所述损伤部位的面积占所述镁合金机匣损伤所在截面的百分比，对所述镁合金机匣进行力学分析。
3.根据权利要求2所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，所述预处理后的所述损伤部位的面积所占所述镁合金机匣损伤所在截面的百分比低于等于10％。
4.根据权利要求1或2所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，在所述扫描建模中，通过3D扫描设备获得所述损伤部位的缺陷点云，根据所述缺陷点云，通过三维建模软件构建所述曲面模型。
5.根据权利要求1所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，所述构建曲面形状及加工喷涂基面中，通过数控机床，根据所述曲面形状的参数对所述损伤部位进行机加工，以获得所述喷涂基面。
6.根据权利要求1所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，获得所述喷涂基面后，对所述喷涂基面进行喷砂粗化，粗化后的所述喷涂基面表面粗糙度为Ra3～5。
7.根据权利要求6所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，所述喷砂粗化工艺参数为压力0.3～0.5MPa，喷砂距离：30～50mm，喷砂角度90°±10°，喷砂覆盖率为100％。
8.根据权利要求7所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，在进行所述喷砂粗化后，通过清洗机对所述喷涂基面进行表面清洁，所述表面清洁时间与所述冷喷涂修复时间间隔低于等于4小时。
9.根据权利要求1所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，所述冷喷涂原材料为纯铝金属粉末，所述纯铝金属粉末的粒度为20～53μm。
10.根据权利要求9所述的适于镁合金机匣腐蚀损伤的修复方法，其特征在于，所述冷喷涂采用惰性气体作为粉末驱动气体，喷涂参数为：气流压力为3～5MPa，喷涂温度为350～550℃，喷涂距离为20～50mm，送粉率为10～50g/min。
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