一种NiCrAlY金属防护、再制造涂层制备方法

技术领域

本发明涉及飞机钢质、钛合金、铝合金类零部件表面防护和再制造技术领域，具体是一种NiCrAlY金属防护、再制造涂层制备方法。

背景技术

飞机装备了大量钢制，如结构钢、高强钢、不锈钢，钛合金、铝合金等材质零部件。这些零部件在平时作为备件保存期间存在腐蚀、划伤的风险，换修装配期间存在碰伤、划伤的风险；使用期间因所处服役环境复杂，存在腐蚀、划伤、磨损等损伤的风险。

非服役期间的腐蚀、意外损伤极大的影响了航空装备的维修生产工作，常规的飞机零部件防护手段是通过镀镍进行产品防护。如中国专利号为115198255的一种钛表面电解充氢活化化学镀镍方法所述，环境污染大，操作复杂；本发明不使用化学试剂不产生废液、危废物排放，对环境友好，本发明操作简单，不受化学反应限制，能够快速、可靠制备防护、再制造涂层。

飞机零部件本身价值高昂，且换新采购周期长，服役使用期间因腐蚀、划伤、磨损造成的零部件失效通常采用超音速火焰喷涂WC-12Co、WC-12Co、WC-10Co4Cr、Cr3C2-NiCr实现损伤产品的再制造。如中国专利号为109868441一种超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层所述，无法直接在钛合金、铝合金等基体表面喷涂WC-CoCr涂层，且WC-CoCr涂层本身硬度过高会导致对磨件快速磨损失效；本发明因NiCrAlY粉末硬度较低能够在钛合金、铝合金上直接喷涂，且因为NiCrAlY金属防护、再制造涂层硬度较低，能够满足低对磨需求场景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种NiCrAlY金属防护、再制造涂层制备方法。

一种NiCrAlY金属防护、再制造涂层制备方法，其具体步骤如下：

S1、防护：对备件或再制造件进行工装类防护，保护不允许喷涂区域；

S2、清洗：使用有机溶剂对零部件+防护工装整体进行清洗，待喷涂区域需重点清洗，清洗后使用洁净、干燥的压缩空气吹干备用；

S3、表面吹砂处理：使用40-80目棕刚玉砂进行吹砂毛化，吹砂后要求吹砂区域完全覆盖待喷涂工件表面且无金属光泽，吹砂后使用洁净、干燥压缩空气吹走残留砂粒；吹砂与喷涂时间间隔不允许超过3h；

S4、喷涂前预热：有预热要求时，采用烘箱或喷枪预热，预热温度60-100℃，严禁超温；

S5、工件喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺制备NiCrAlY金属防护涂层；

S6、涂层打磨加工：根据钢制零部件产品设计要求，涂层需预留50-300μm加工余量；

S7、去应力处理：对有去应力处理要求的钢制零件，在机械打磨后6h内，在180-200℃空气炉中去应力处理至少4h；

S8、无损探伤：涂层打磨加工或去应力处理后的涂层表面采用渗透探伤检查，要求无裂纹显示，若出现裂纹显示，需返工重复执行工序步骤S1-8，直至探伤合格；返工次数不允许超过5次。

所述的步骤S1的工装类防护具体为根据具体零件尺寸设计的防护工装，材质有钢制、铝制类工装。

所述的步骤S2的有机溶剂具体为酒精、丙酮类。

所述的步骤S3的吹砂压力为0.25-0.55MPa，吹砂距离为150-250mm，吹砂时间5-15s。

所述的步骤S5的NiCrAlY金属防护涂层的涂层材料：NiCrAlY粉末，化学成分以及质量分数分别为：5-25％Cr、3-10％Al、0.5-1.5％Y、Ni余量，粉末粒径均为10-60μm。

所述的步骤S5的NiCrAlY金属防护涂层的喷涂工艺：送粉速率为30-60g/min；氧气压力为1.4-1.9MPa,氧气流量为1750-1900SCFH，煤油压力为6.5-7.8GPH，氮气压力为0.43-0.72MPa；喷涂距离为300-390mm。

NiCrAlY金属防护涂层的喷涂期间钢制零件温度不得超过177℃，钛合金、铝合金类零件温度不得超过120℃。

所述的步骤S8的渗透探伤为荧光探伤、着色探伤。

本发明的有益效果是：本发明通过超音速火焰喷涂NiCrAlY防护、再制造涂层：一方面，相比于常规的镀镍防护工艺，不使用镀液对环境更为友好；耐磨性能优于镀层；NiCrAlY防护涂层厚度可达380μm，远高于镀镍层的厚度，具有更好的防护效果、可用于增加尺寸；因喷涂粒子冲击效果好，与基体结合力远高于镀层；对工件基体本身具有喷丸强化的效果，提高疲劳性能；另一方面，作为腐蚀、磨损类损伤件的再制造涂层，维修厚度范围更大，厚度设置为40-380μm；因NiCrAlY再制造涂层硬度明显低于现有飞机再制造涂层的硬度，更易加工、对磨件损伤更小；对工件基体本身具有喷丸强化的效果，提高疲劳性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的NiCrAlY涂层的金相组织图；

图2为本发明的流程结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1和图2所示，一种NiCrAlY金属防护、再制造涂层制备方法，其具体步骤如下：

S1、防护：对备件或再制造件进行工装类防护，保护不允许喷涂区域；

S2、清洗：使用有机溶剂对零部件+防护工装整体进行清洗，待喷涂区域需重点清洗，清洗后使用洁净、干燥的压缩空气吹干备用；

S3、表面吹砂处理：使用40-80目棕刚玉砂进行吹砂毛化，砂粒要求洁净、干燥、无油污和其他杂质；吹砂后要求吹砂区域完全覆盖待喷涂工件表面且无金属光泽，吹砂后工件表面粗糙均匀、无斑点和脏污，粗糙度Ra4-8mm；吹砂后使用洁净、干燥压缩空气吹走残留砂粒；吹砂与喷涂时间间隔不允许超过3h，吹砂与喷涂时间间隔超过3h，将导致喷砂表面老化，最终导致后续喷涂涂层结合强度下降，不满足性能要求；

S4、喷涂前预热：有预热要求时，采用烘箱或喷枪预热，预热温度60-100℃，严禁超温；

S5、工件喷涂：采用超音速火焰喷涂工艺制备NiCrAlY金属防护涂层；

S6、涂层打磨加工：根据钢制零部件产品设计要求，涂层需预留50-300μm加工余量，采用机械打磨的方式打磨到设计尺寸和粗糙度；

S7、去应力处理：对有去应力处理要求的钢制零件，在机械打磨后6h内，在180-200℃空气炉中去应力处理至少4h；

S8、无损探伤：涂层打磨加工或去应力处理后的涂层表面采用渗透探伤检查，要求无裂纹显示，若出现裂纹显示，需返工重复执行工序步骤S1-8，直至探伤合格；返工次数不允许超过5次。

所述的步骤S1的工装类防护具体为根据具体零件尺寸设计的防护工装，材质有钢制、铝制类工装,以免在喷涂过程中受污染。

所述的步骤S2的有机溶剂具体为酒精、丙酮类。

所述的步骤S3的吹砂压力为0.25-0.55MPa，吹砂距离为150-250mm，吹砂时间5-15s。

如图1所示，为NiCrAlY金相图，标注的英文单词意思分别为：resin-镶嵌料，coating-NiCrAlY涂层，substrate-基体材料，50um代表放大200倍观察，涂层coating可以表明涂层性能；在coating与substrate界面处能表明界面夹杂低，这个金相图代表可以完成该涂层制备生产，且该涂层具备良好的性能：低孔隙率即高致密度、低氧化率，低界面夹杂。

所述的步骤S3中，针对设计NiCrAlY成分，使用40-80目棕刚玉砂进行吹砂毛化具有以下优点：①该粒径吹砂的目的是为了表面毛化及获得新鲜表面，保证喷涂涂层界面夹杂和结合强度；②粒径超过80目导致吹砂时间变长，界面夹杂过高，不满足性能要求；③粒度小于40目，会导致吹砂面粗糙度低，涂层结合强度较低，不满足性能要求。

所述的步骤S5的NiCrAlY金属防护涂层的涂层材料：NiCrAlY粉末，化学成分以及质量分数分别为：5-25％Cr、3-10％Al、0.5-1.5％Y、Ni余量，粉末粒径均为10-60μm，采用Ni满足代替镀镍实现零件表面防护需求；采用Ni和Cr是保证涂层耐腐蚀性能；③涂层总的成分设计是为了保证涂层的耐蚀、耐磨和粘结性能。

通过超音速火焰喷涂NiCrAlY防护、再制造涂层：一方面，相比于常规的镀镍防护工艺，不使用镀液对环境更为友好；耐磨性能优于镀层；NiCrAlY防护涂层厚度可达380μm，远高于镀镍层的厚度，具有更好的防护效果、可用于增加尺寸；因喷涂粒子冲击效果好，与基体结合力远高于镀层；对工件基体本身具有喷丸强化的效果，提高疲劳性能。

所述的步骤S5的NiCrAlY金属防护涂层的喷涂工艺：送粉速率为30-60g/min；氧气压力为1.4-1.9MPa,氧气流量为1750-1900SCFH，煤油压力为6.5-7.8GPH，氮气压力为0.43-0.72MPa；喷涂距离为300-390mm，涂层种类及技术特点决定，在该工艺参数范围，才能满足涂层性能需求。

NiCrAlY金属防护涂层的喷涂期间钢制零件温度不得超过177℃，钛合金、铝合金类零件温度不得超过120℃，可以采用洁净、干燥压缩空气吹扫工件表面，涂层厚度为40-380μm，该涂层厚度能够满足表面防护需求、再制造需求，同时40μm是防护涂层厚度的下限，380μm是防护、再制造涂层的上限；该涂层上限380μm是保证涂层弯曲性能、保证涂层不会开裂。

NiCrAlY涂层厚度，作为腐蚀、磨损类损伤件的再制造涂层，维修厚度范围更大，厚度设置为40-380μm；因NiCrAlY再制造涂层硬度明显低于现有飞机再制造涂层的硬度，更易加工、对磨件损伤更小；对工件基体本身具有喷丸强化的效果，提高疲劳性能。

所述的步骤S8的渗透探伤为荧光探伤、着色探伤。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。