一种微熔陶瓷涂层火焰喷涂施工方法与流程

本发明涉及金属表面处理技术领域，特别涉及一种微熔陶瓷涂层火焰喷涂施工方法。

背景技术：

起落架是飞机下部用于起飞降落或地面(水面)滑行时支撑飞机并用于地面(水面)移动的附件装置。起落架装置是飞行器重要的具有承力兼操纵性的部件，在飞行器安全起降过程中担负着极其重要的使命。起落架是飞机起飞、着陆、滑跑、地面移动和停放所必需的支持系统，是飞机的主要部件之一，其性能的优劣直接关系到飞机的使用于安全。

现代飞机的体积越来越大，自重也越来越重，有效载荷也在不断提升。例如波音公司生产的波音747-8型客机，空重达到了185吨，最大起飞重量435吨以上；而欧洲的空客a380型客机的空重则达到了277吨，最大起飞重量575吨以上。而这样一来，起落架需要承担的载荷也越来越高，在实际使用时，飞机起落架会因飞机起降的冲击导致疲劳裂纹产生，严重影响飞机的使用安全，如不能及时处理或处理不当，很容易导致机毁人亡。

现有对于起落架裂纹的处理方式一般采用喷涂技术进行增材延寿修复，即在起落架裂纹表面喷涂一层增材涂层以修复起落架。目前主要采用的喷涂方式有超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速冷喷涂、激光熔覆等方式修复，一般采用金属材料作为修补料。然而现有的修复技术对于起落架修复而言，效果不佳，存在裂纹萌生寿命较短，增材较易脱落等问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种微熔陶瓷涂层火焰喷涂施工方法，能够有效修复起落架组件表面的疲劳裂纹，修复的增材不易脱落，裂纹萌生寿命长，无喷涂孔洞产生，强度和韧性均能满足起落架的性能要求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种微熔陶瓷涂层火焰喷涂施工方法，包括以下步骤：

步骤1)预处理：对起落架裂纹部分进行清洗，去除表面杂质；

步骤2)喷涂修复基材：使用超音速火焰喷涂设备在步骤1)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂一层与起落架材质相同的铝合金粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.65～0.85mpa、0.50～0.65mpa和0.85～1.05mpa，氧气流量220～240l/min的喷涂参数；

步骤3)喷涂微熔陶瓷：使用超音速火焰喷涂设备在步骤2)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂微熔陶瓷粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.45～0.65mpa、0.30～0.45mpa和0.50～0.70mpa，氧气流量180～200l/min的喷涂参数；

步骤4)沉积修补：重复步骤2)和步骤3)的喷涂操作2～4次，然后再执行一次步骤2)的操作；

步骤5)后续处理：对步骤4)得到的修复后的起落架的喷涂修复部分抛光处理，完成修复。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤1)中，清洗选用75％的酒精擦洗，擦洗后风干。

进一步，所述步骤2)中，铝合金粉末的粒度在5～50μm。

进一步，所述步骤2)中，铝合金粉末的喷涂厚度为1～3mm。

进一步，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末的粒度在2～20μm。

进一步，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末与玻璃粉末的混合物，氧化铝陶瓷粉末与玻璃粉末的体积比为1:1.6～1.8。

进一步，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末的喷涂厚度为1～2mm。

进一步，所述步骤3)中，喷涂温度控制在550～580℃。

进一步，所述步骤4)中，步骤2)和步骤3)的喷涂操作重复3次。

进一步，所述步骤5)中，在抛光处理前，还需要对起落架进行振动时效去应力处理。

本发明的有益效果是：本发明通过火焰喷涂同质增材与微熔陶瓷相结合的方式对起落架裂纹进行修复处理，喷涂操作交替进行，使得微熔陶瓷粉末与金属基材完美融合，形成特殊、致密的修复涂层，不但与起落架表面结合牢固、不易脱落，而且整体强度和抗裂性能均较佳，修复的增材部分的裂纹萌生寿命长，空隙率极低，修复后的起落架使用寿命明显延长；本发明工艺过程较为简单，使用的原料简单易得，整体修复成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例1修复后的产品照片；

图2为本发明实施例2修复后的产品照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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。

本发明所设计的一种微熔陶瓷涂层火焰喷涂施工方法，包括以下步骤：

步骤1)预处理：对起落架裂纹部分进行清洗，去除表面杂质；

步骤2)喷涂修复基材：使用超音速火焰喷涂设备在步骤1)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂一层与起落架材质相同的铝合金粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.65～0.85mpa、0.50～0.65mpa和0.85～1.05mpa，氧气流量220～240l/min的喷涂参数；

步骤3)喷涂微熔陶瓷：使用超音速火焰喷涂设备在步骤2)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂微熔陶瓷粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.45～0.65mpa、0.30～0.45mpa和0.50～0.70mpa，氧气流量180～200l/min的喷涂参数；

步骤4)沉积修补：重复步骤2)和步骤3)的喷涂操作2～4次，然后再执行一次步骤2)的操作；

步骤5)后续处理：对步骤4)得到的修复后的起落架的喷涂修复部分抛光处理，完成修复。

目前对于起落架的修复，本领域基本采用同质材料修补的方式，以超音速喷涂技术为主，冷喷涂或火焰喷涂均应用较多。主要是基于同质材料结合较牢固的因素，出于避免涂层脱落的考虑，很少采用异质材料。即使采用异质材料，也基本采用金属材料，非金属材料应用极少。

超音速喷涂的效果极佳，在飞机起落架等零部件修复上目前已经应用较多，基于超音速喷涂的特点，需要用喷涂的材料粉末以超音速的速度轰击附着在需修复的基材表面。起落架一般采用超高强度铝合金材质，如果选用质地较轻的增材，理论上很难完成喷涂附着，喷涂时，大量的增材粉末会碰撞基材表面后弹回或脱落。

发明人通过对现有技术修复的起落架修复层进行研究后发现，采用金属材质喷涂，增材涂层内容易产生孔隙，虽然喷涂较为均匀，喷涂过程中增材粉末的不断轰击会形成类似夯实涂层的技术效果。然而通过测试增材的疲劳性能，对测试后的疲劳裂纹的裂纹面进行分析研究后发现，涂层内确实存在着诸多细小孔隙。这些孔隙的存在对增材的附着强度和裂纹萌生寿命都有较大的影响。

基于此，发明人设计了本发明，采用微熔陶瓷喷涂和同质增材喷涂相结合的方式，同质增材喷涂与微熔陶瓷喷涂交替进行，即保持了原有超音速喷涂的有益效果，又充分利用超音速喷涂的特点，将微熔陶瓷以增强剂、填充剂，增加到涂层中，极大降低了涂层的空隙率，使得涂层的附着强度和裂纹萌生寿命得到了显著的提高。

本发明利用了所设计的操作步骤2)、步骤3)和步骤4)的协同作用，在降低孔隙的同时，利用增材粉末超音速喷涂的特点，将微熔陶瓷粉末轰击、夯实、融合到同质增材中，形成类似弥散强化的效果，强度也得到了提升。

为了保证喷涂效果，在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤1)中，清洗选用75％的酒精擦洗，擦洗后风干。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤2)中，铝合金粉末的粒度在5～50μm。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤2)中，铝合金粉末的喷涂厚度为1～3mm。

首先喷涂一层基材，采用一定的喷涂厚度，能够使涂层与起落架修复面的结合形成同质金属结合，能够有效保证裂纹修复完全，同时提升涂层的附着强度。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末的粒度在2～20μm。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末与玻璃粉末的混合物，氧化铝陶瓷粉末与玻璃粉末的体积比为1:1.6～1.8。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤3)中，微熔陶瓷粉末的喷涂厚度为1～2mm。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤3)中，喷涂温度控制在550～580℃。

采用特定的微熔陶瓷，以特定的工艺参数喷涂，能够使得微熔陶瓷层较好的附着在金属层表面，为后续操作打下较佳的基础。采用较细粒度的陶瓷粉末能够使得陶瓷粉末与金属层更易融合形成弥散强化结构。而精准的控制微熔陶瓷层的喷涂厚度能够准确控制陶瓷粉末的添加量，避免涂层脆性增强，而导致裂纹萌生寿命的下降。

需要说明的是，本发明中，微熔陶瓷粉末的粒度要小于铝合金粉末的粒度。微熔陶瓷层的喷涂厚度要小于等于铝合金喷涂层的厚度。在满足以上条件时，上述粒度和涂层厚度参数范围内，本发明均能够实现。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤4)中，步骤2)和步骤3)的喷涂操作重复3次。

经发明人实验检测，重复3次时，空隙率能够控制在0.8％以内，而且陶瓷粉末能够较为均匀的混入增材中，形成弥散强化的效果较佳。

需要说明的是，本发明至少需要重复2次步骤2)和步骤3)的喷涂操作，才能获得较佳的裂纹萌生寿；重复4次时，裂纹萌生寿命相对于重复3次时没有增加。

在本发明较为优选的实施方式中，所述步骤5)中，在抛光处理前，还需要对起落架进行振动时效去应力处理。

以下为本发明的实施例：

实施例1

步骤1)预处理：对起落架裂纹部分用75％的酒精进行擦洗，然后风干，去除表面杂质；

步骤2)喷涂修复基材：使用超音速火焰喷涂设备在步骤1)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂一层3mm的与起落架材质相同的铝合金粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.65～0.85mpa、0.50～0.65mpa和0.85～1.05mpa，氧气流量220～240l/min的喷涂参数，铝合金粉末粒度控制在25～50μm；

步骤3)喷涂微熔陶瓷：使用超音速火焰喷涂设备在步骤2)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂一层2mm的微熔陶瓷粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.45～0.65mpa、0.30～0.45mpa和0.50～0.70mpa，氧气流量180～200l/min的喷涂参数，喷涂温度控制在550～580℃，微熔陶瓷粉末选用氧化铝陶瓷粉末和玻璃粉末的混合物，体积比为1:1.8，微熔陶瓷粉末中氧化铝陶瓷粉末和玻璃粉末的粒度均控制在10～20μm；

步骤4)沉积修补：重复步骤2)和步骤3)的喷涂操作3次，然后再执行一次步骤2)的操作；

步骤5)后续处理：对步骤4)得到的修复后的起落架进行振动时效去应力处理，然后对喷涂修复部分进行抛光处理，完成修复。

实施例2

步骤1)预处理：对起落架裂纹部分用75％的酒精进行擦洗，然后风干，去除表面杂质；

步骤2)喷涂修复基材：使用超音速火焰喷涂设备在步骤1)处理后的起落架裂纹部分表面喷涂一层2mm的与起落架材质相同的铝合金粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.65～0.85mpa、0.50～0.65mpa和0.85～1.05mpa，氧气流量220～240l/min的喷涂参数，铝合金粉末粒度控制在5～25μm；

步骤3)喷涂微熔陶瓷：使用超音速火焰喷涂设备在步骤2)处理后的起落架裂纹部分表面喷一层1mm的涂微熔陶瓷粉末，采用氧气、丙烷和氮气的压力分别为0.45～0.65mpa、0.30～0.45mpa和0.50～0.70mpa，氧气流量180～200l/min的喷涂参数，喷涂温度控制在550～580℃，微熔陶瓷粉末选用氧化铝陶瓷粉末和玻璃粉末的混合物，体积比为1:1.6，微熔陶瓷粉末中氧化铝陶瓷粉末和玻璃粉末的粒度均控制在2～10μm；

步骤4)沉积修补：重复步骤2)和步骤3)的喷涂操作4次，然后再执行一次步骤2)的操作；

步骤5)后续处理：对步骤4)得到的修复后的起落架进行振动时效去应力处理，然后对喷涂修复部分进行抛光处理，完成修复。

以本发明实施例1和实施例2的喷涂工艺为实施例，以现有同质超音速冷喷涂和同质超音速火焰喷涂增材修复技术为对比例1和对比例2，对我国某型国产运输机的裂纹起落架进行修复处理，处理后的起落架安装到沈飞试验机上，在沈飞测试场进行起降模拟实验测试，测试结果见表1。

表1起落架修复试验机测试结果表

由表1的结果可以看出，采用本发明的工艺对国产某型运输机起落架进行修复，在沈飞试验机上测试，实验起落5000次以上未产生裂纹，裂纹萌生寿命比现有技术提高了一倍以上，如果设置加强片，能够达到实验起落9000次以上未产生裂纹。如图1和图2所示，本发明的喷涂工艺修复的起落架裂纹部件，修复涂层整体致密性较好，喷涂也较为均匀，整体上看与同质增材喷涂外观近似。

由以上实验数据可以看出，本发明的喷涂工艺对起落架的修复效果十分良好，而且通过原料、人工和喷涂设备使用时长，再结合修复的起落架使用寿命来综合核算，采用本发明的修复工艺，与现有的超音速同质冷喷涂和热喷涂技术相比，起落架的综合维护成本能够降低40％以上，经济效益也十分显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。