一种镁合金表面缺陷修复方法与应用

本发明涉及缺陷修复工程，尤其涉及一种镁合金表面缺陷修复方法与应用。

背景技术：

1、镁合金因其高比强度、比刚度等优势，广泛应用于航空发动机机匣、油泵壳体等关键部件。然而，该类部件在苛刻工况下易产生划痕、磕碰、腐蚀坑等缺陷，且镁合金硬度低、耐磨性差，常因局部压溃、磨损而失效，进行再制造修复具有重要价值。

2、针对镁合金航空件修复，传统激光熔覆、氩弧焊等热修复工艺，因镁合金对热输入敏感且铸件结构复杂，极易引发氧化、烧损、变形和晶粒粗大，严重损害尺寸精度与力学性能，即使采用低热输入和气氛保护，仍无法修复薄壁、螺栓孔边缘等关键部位。采用金属垫片或树脂填充等补救措施，其修复质量和能力远无法满足要求。近年来，超音速冷喷涂作为一种低温固态沉积技术，可避免热影响，备受关注。但直接应用时，尖锐直角沟槽等缺陷边缘产生激波效应，阻碍颗粒沉积压实，导致沉积体孔隙多、结合弱，甚至出现无沉积区；同时，使用与基体相容的纯铝或软铝合金粉末，修复区硬度和耐磨性远低于镁基体，成为性能短板。

3、因此，亟需开发一种能兼顾结合强度、致密性并提高修复区耐磨性的镁合金表面缺陷修复方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种具有能兼顾结合强度、致密性并提高修复区耐磨性的镁合金表面缺陷修复方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种镁合金表面缺陷修复方法，包括以下步骤：

4、s1、对镁合金表面的缺陷区域进行机械加工；

5、s2、使用超音速冷喷涂技术将复合粉末沉积到机械加工后的缺陷区域，直至沉积层高于镁合金表面；所述复合粉末包括铝合金粉末和陶瓷颗粒；

6、本发明通过对缺陷区域进行预处理，在待修复的基材缺陷边缘加工出具有一定几何形状和尺寸的槽口或斜面结构。处理后的缺陷区域消除了不利于复合粉末颗粒沉积的几何特征，优化了超音速气流的流场。为后续冷喷涂复合粉末提供平滑的过渡基底，让粉末颗粒能顺利沉积在坡口根部，引导复合粉末颗粒流顺畅填充并增强结合，避免出现“无沉积区”。随后采用陶瓷颗粒和铝合金粉末的复合粉末作为修复材料，其中复合粉末中的陶瓷颗粒的加入极大程度地提高了修复层的耐磨性。随后通过超音速冷气动力喷涂技术将复合粉末沉积于优化后的缺陷区，并经后处理恢复尺寸。超音速冷喷涂可以使整个过程在远低于材料熔点的温度下进行，能彻底避免传统热修复工艺带来的氧化、烧损、相变及热变形等热致缺陷。同时，超音速撞击形成的剧烈塑性变形，可实现颗粒与基体的高结合强度结合，形成结合强度高、致密性好的修复层。

7、作为本发明所述陶瓷颗粒的优选实施方式，所述陶瓷颗粒包括al2o3、wc、sic中的一种或多种，粒径为5～30μm。选用上述硬质陶瓷颗粒，能显著提升修复层的硬度和耐磨性，弥补镁合金基体及铝合金粉末的硬度不足。

8、作为本发明所述铝合金粉末的优选实施方式，所述铝合金粉末包括铝合金，具体包括6xxx系铝合金、7xxx系铝合金中的一种或多种，粒径为10～53μm。6xxx系和7xxx系铝合金兼具较高强度与良好的塑性变形能力，既保证了与镁合金基体的相容性和结合力，又能有效避免使用纯铝造成的修复区硬度、耐磨性短板。

9、作为本发明所述复合粉末的优选实施方式，所述复合粉末中陶瓷颗粒的质量分数为5％～30％，优选为10%~20%。该配比下，陶瓷颗粒能发挥显著的弥散强化作用，显著提高修复层耐磨性的同时，仍保持足够的抗拉性以防止冷喷涂沉积体发生脆性开裂。陶瓷颗粒含量过高，会导致复合沉积层塑性急剧下降，内应力增大，易萌生裂纹甚至出现剥落；含量过低，则强化效果有限，修复区耐磨性难以满足使用要求。

10、作为本发明所述超音速冷喷涂参数的优选实施方式，喷涂距离为15～30mm，喷枪移动速度为50～300mm/s，音速喷涂所用气体包括氮气、氦气、压缩空气、氩气中的一种或多种，气体压力为2.0～5.5mpa，气体温度为300～600℃。在上述参数范围内，粉末颗粒能在到达基体时保持较高速度和适当温度，实现高效致密沉积。

11、作为本发明所述镁合金表面缺陷修复方法的优选实施方式，所述步骤s1中，所述机械加工包括以下任意一种或多种：

12、(1)对缺陷区域中垂直截面为尖角的结果加工成垂直截面为倒角结构，所述尖角的角度≤100°；

13、(2)对缺陷区域中垂直截面为不规则图形的结构加工为垂直截面为圆弧形结构。

14、作为本发明所述倒角的优选实施方式，倒角角度为30°～80°。倒角为加工的斜面与零件原始完好表面所在平面之间的夹角。在此范围内，缺陷边缘的平缓斜面能有效引导超音速气粉流顺畅进入缺陷底部，消除尖锐直角引起的激波效应，避免“无沉积区”和涂层空洞。

15、作为本发明所述加工的优选实施方式，还包括待步骤s2中沉积层高于镁合金表面后，将高于镁合金表面的沉积层加工至与镁合金表面齐平，得到修复完成的镁合金；所述加工的方式包括铣削、磨削、抛光中的任意一种。该类加工方式能够精确恢复修复区域的几何尺寸和表面完整性，满足航空零部件装配和服役要求。

16、作为本发明所述加工的优选实施方式，所述复合粉末的制备方法为将所述铝合金和所述陶瓷粉末混合球磨20~60 min。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明通过对镁合金表面缺陷区域预加工，改善了超音速气流和颗粒在缺陷区域的流场分布。结合高强度铝合金和陶瓷颗粒复合粉末，大幅提升了修复区的显微硬度和耐磨耐蚀性能。同时整个修复过程处于低温环境，避免了镁合金的热损伤风险。

1.一种镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括al2o3、wc、sic中的一种或多种，所述陶瓷颗粒粒径为5~30 μm。

3.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述铝合金粉末包括铝合金，所述铝合金粉末粒径为10~53 μm。

4.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述复合粉末中所述陶瓷颗粒的质量分数为5%~30%。

5.如权利要求4所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述复合粉末中所述陶瓷颗粒的质量分数为10%~20%。

6.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述超音速冷喷涂的参数为：喷涂距离为15~30 mm，喷枪移动速度为50~300 mm/s；所述超音速喷涂的气体包括氮气、氦气、压缩空气、氩气中的一种或多种，所述气体压力为2.0~5.5 mpa，气体温度为300~600℃。

7.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述机械加工包括以下任意一种或多种：

8.如权利要求7所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述倒角的角度为30°~80°。

9.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，还包括待步骤s2中沉积层高于镁合金表面后，将高于镁合金表面的沉积层加工至与镁合金表面齐平，得到修复完成的镁合金；所述加工的方式包括铣削、磨削、抛光中的任意一种。

10.如权利要求1所述的镁合金表面缺陷修复方法，其特征在于，所述复合粉末的制备方法为将所述铝合金粉末和所述陶瓷粉末混合球磨20~60 min。