[发明专利]一种用于铜质螺旋桨表面损伤修复的冷喷涂装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷喷技术领域，具体为一种用于铜质螺旋桨表面损伤修复的冷喷涂装置及方法。

背景技术

镍铝青铜合金因强度高，塑性、冲击韧性好，抗腐蚀性、剥蚀性能强，以及良好浇注工艺性成为制作舰船等螺旋桨的首选。但螺旋桨作为舰船等大型海洋装备的推进设备，工作环境恶劣，在航行中需承受巨大力矩及海水的冲击、腐蚀，且因长年在海水中工作，受海生物等介质影响，常常产生腐蚀。发现螺旋桨有磨损、腐蚀或气蚀等表面损伤后应及时修复，否则，不仅会使舰船水动力性能下降，更严重的是它将加速螺旋桨的气蚀速度，一旦有了气蚀洞穴，该处将更容易产生和附着气泡，与光滑叶面和比，洞穴中的气泡将更加难于脱离叶面。对于铜质螺旋桨的损伤修复，一般使用与该螺旋桨材质相同的焊条或焊丝，通过气焊或氩弧焊方法进行修补。由于铜合金对应力腐蚀很敏感，焊前需预热，而焊后又必须进行消除应力的热处理，工艺难度大、条件艰苦。冷喷涂是近年来发展起来的一种新兴的表面工程技术，以压缩气体(N₂、He、混合气体或空气等)驱动金属粒子在完全固态下以极高的速度碰撞基板，使粒子发生强烈的塑性变形而沉积形成涂层的一种全新喷涂技术，它可以降低甚至完全消除传统热喷涂中氧化、相变、偏析、残余拉应力和晶粒长大等不利影响，适于制备Cu、Ti等氧化敏感材料涂层，涂层与基体结合强度好，且效率高。

目前，堆焊是铜质螺旋桨损伤修复常用的方法，使用堆焊技术修复的铜质螺旋桨有一些不可忽视的缺点。第一，在焊接的高温下，铜很容易氧化，造成塑性降低产生热裂纹。第二，焊接时合金元素容易蒸发，促使热裂纹、气孔、夹渣的产生。第三，铜在高温环境下过饱和氢的析出容易导致气孔的产生。第四，铜合金焊接后，在使用的过程中有应力腐蚀裂纹的趋向，产生“自裂”。另外，由于铜合金对应力腐蚀很敏感，焊前需预热，而焊后又必须进行消除应力的热处理，工艺难度大、条件艰苦。例如气焊时为防止热量流失过快，影响施焊，需要同时另加几把气焊枪进行整体预热，即使如此，堆焊修复也常因局部热输入量较大，发生过热，引起螺旋桨叶面的变形。非熔化极氩弧焊修复螺旋桨叶面，虽然不用气焊预热和保温即可施焊，但效率太低；熔化极氩弧焊虽然效率较高，但由于热输入较大，可能会导致变形，影响舰船螺旋桨尺寸和后续再加工。由于其表面腐蚀面积较大，需要整体进行修复，堆焊等传统方法修复难度较大。

发明内容

针对舰船铜质螺旋桨表面腐蚀损伤严重，缺少有效修复方法难题，采用冷喷涂技术对其进行修复，解决常规修复方法中尺寸恢复效率低、热变形大、结合强度低等难题，实现船艇铜质螺旋桨表面腐蚀损伤的低应力、小变形、高性能修复，为提高铜质螺旋桨安全性能，延长其使用寿命；本发明提供一种用于铜质螺旋桨表面损伤修复的冷喷涂装置及方法，它能有效的解决背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于铜质螺旋桨表面损伤修复的冷喷涂装置，包括送粉器、送粉阀、超音喷射装置、高压气体供给机构、气阀和高压气体加热装置；所述送粉器通过管路与超音喷射装置连接；所述高压气体供给机构、高压气体加热装置和超音喷射装置依次通过管路连接；所述送粉器和超音喷射装置的管路上设有送粉阀；所述高压气体供给机构和高压气体加热装置之间的管路上设有气阀。

一种用于铜质螺旋桨表面损伤修复的冷喷涂方法，包括以下步骤：

步骤一，将镍铝青铜粉末加入至送粉器；

步骤二，调节超音喷射装置的喷嘴距镍铝青铜基体距离至20～40mm，设定送粉速率为30～50g/min，超音喷射装置的喷嘴水平移动速率为5～15cm/min；

步骤三，利用高压气体供给机构将工业用氮送粉气体增压至3～4MPa；

步骤四，开启高压气体加热装置将送粉气体预热至600～800℃；

步骤五，当送粉器加压、预热完毕后，打开送粉阀，粉末高速均匀喷出，喷射在镍铝青铜基体表面，形成涂层。

进一步，所述镍铝青铜粉末粒径需分布在20～40μm之间。

进一步，所述步骤二中，超音喷射装置的喷嘴距镍铝青铜基体距离最近为30mm。

进一步，所述步骤二中，送粉速率最佳为40g/min。

进一步，所述步骤二中，超音喷射装置的喷嘴水平移动速率最佳为10cm/min。

进一步，所述步骤三中，加压送粉气体压强为3.5MPa。

进一步，所述步骤四中，送粉气体加热后最佳温度为700℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：