[发明专利]一种超音速火焰喷涂薄板形零件的变形补偿方法

说明书

本发明涉及一种热喷涂薄板形零件的变形补偿方法，尤其涉及一种超音速火焰喷涂薄板形零件的变形补偿方法。本发明针对薄板形零件超音速火焰喷涂涂层过程中因热量输入和颗粒冲击等原因造成的零件变形，采用对薄板形零件非喷涂表面进行超音速火焰喷涂高熔点金属氧化物处理的方式，通过控制氧化物熔点、粒径尺寸和工艺过程参数，在不实现金属氧化物沉积的条件下，最大程度的模拟薄板形零件超音速火焰喷涂涂层时热量输入和颗粒冲击的变形产生过程，实现对喷涂涂层后薄板形零件的变形补偿。本发明有效解决了采用钣金、热处理、喷丸等手段对超音速火焰喷涂薄板形零件的变形抵消补偿难的问题，实现了对超音速火焰喷涂薄板形零件的变形补偿。

技术领域

本发明涉及一种热喷涂薄板形零件的变形补偿方法，尤其涉及一种超音速火焰喷涂薄板形零件的变形补偿方法。

背景技术

超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy fuel，简称HVOF)是20世纪80年代初在普通火焰喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术。它是利用氢、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧气作助燃剂，在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧，产生超音速燃焰，同时将粉末送进火焰中，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基体表面上沉积形成涂层。焰流温度低和速度快是超音速火焰喷涂的两个重要特点，在喷涂碳化钨/钴金属陶瓷以及金属及其合金涂层方面具有显著优势，喷涂过程中能够有效避免碳化钨失碳以及金属材料的氧化，有利于得到具有低孔隙率、低氧化物含量和高结合强度的高质量金属或金属陶瓷涂层。然而，由于焰流温度较低和速度较快，当超音速火焰喷涂Al₂O₃、ZrO₂等高熔点材料时，往往难以使粉末材料达到熔融或半熔融状态而实现在基体材料表面涂层的沉积，因此采用超音速火焰喷涂工艺不适宜制备金属氧化物陶瓷等高熔点涂层材料。

HVOF发展非常迅速。从1982年美国的James.A.Browning开发出第一代超音速火焰喷涂装置Jet Kote I以来，仅10余年，HVOF工艺及装置取得了长足的进展，其优异的涂层质量及与自动控制系统的结合使用，使该工艺从问世之初的仅用于飞行发动机零部件耐磨层喷涂，发展到航空、冶金、纺机、汽车、铁路等领域的大量应用，表现出广阔的应用前景。

然而，随着超音速火焰喷涂技术在应用领域和应用部位等方面的不断拓展，不同形状零件超音速火焰喷涂涂层时逐渐暴露出一定的问题。例如，薄板形零件在超音速火焰喷涂涂层时，由于火焰对零件的热量输入以及喷涂颗粒对零件的冲击作用等原因，往往造成薄板形零件超音速火焰喷涂后产生一定的变形，从而影响薄板形零件喷涂表面的平面度，这种喷涂产生的变形如果不进行有效的控制及补偿，往往会影响零件的后续装配使用，严重时甚至会造成零件的报废。对于薄板形零件变形补偿的传统方法有钣金、热处理、反面喷丸、反面喷涂等方法，但是每种方法都存在各自的缺点。采用钣金方法通过对薄板形零件进行反向变形，虽然能够使薄板形零件恢复平面度，但是过大的反向变形极易造成喷涂面涂层产生裂纹等缺陷甚至造成涂层的开裂剥落，对喷涂涂层质量产生不利影响；热处理方法虽然能够松弛薄板形零件的应力，在一定程度上恢复补偿零件的变形，但是其对零件变形补偿的程度有限，对零件变形进行等效补偿的难度较大，并且对于钛合金、铝合金等材料零件，还会受到热处理温度的限制；采用反面喷丸的方式能够实现对薄板形零件的变形补偿，但是由于与薄板形零件喷涂过程变形产生方式的不同，反面喷丸方式在实现对薄板形零件变形的等效补偿方面也存在一定的困难，尤其是当喷丸覆盖率达到100％后，其后续变形补偿的程度会变得极为有限，同时反面喷丸方式也附加了零件的一道处理工序，提高零件加工的复杂程度；采用相同方式反面喷涂的方法虽然能够有效补偿薄板形零件的喷涂变形，但是会造成薄板形零件的非喷涂面沉积涂层，从而影响薄板形零件的尺寸公差，同样对零件的后续装配使用产生不利影响。因此，针对上述方法在对超音速火焰喷涂薄板形零件变形补偿上存在的问题，急需发展研究针对超音速火焰喷涂薄板形零件变形补偿的新方法，以满足薄板形零件的涂层制备及装配使用要求。

发明内容