[发明专利]一种航空结构件疲劳裂纹的修复方法

说明书

本发明公开了一种航空结构件疲劳裂纹的修复方法，包括如下过程：将用于修复结构件的材料通过冷喷涂和激光同步沉积在待修复件的待修复部位，将超音速激光沉积层面加工至待修复件原来的尺寸精度和表面粗糙度，之后再采用激光冲击进行增强处理；其中，冷喷涂垂直于待修复部位，激光从冷喷涂的一侧倾斜辐照，冷喷涂的出粉点和激光的斑点重合；以质量百分数计，用于修复结构件的材料包括：50％～95％的微米铝合金粉体，5％～50％的亚微米陶瓷粉体。本发明利用激光冲击调控修复区域的组织结构状态及应力场分布，提高修复件的疲劳性能，使其达到甚至超过原零件的疲劳性能，保障了飞机结构修复件的服役安全。

技术领域

本发明涉及航空结构件疲劳裂纹的修复方法的技术领域，尤其是考虑到修复后结构件的疲劳性能，修复层的致密性，结合强度等特点，具体是一种航空结构件疲劳裂纹的修复方法。

背景技术

随着航空工业得到迅速发展，对航空结构件和承力件等关键部件的更新速度带来了新的挑战，大型航空高端金属结构件的可靠性修复与再制造技术是未来各大航空公司竞争的主要技术之一。

研究表明航空装备框、梁等结构部位或承力部位大量使用高强铝合金材料，该类部位在服役过程中不可避免产生腐蚀、划伤、磨损甚至是裂纹等缺陷，继续服役会出现较大的安全隐患，但是目前航空结构件和承力件的造价过大，换新的话成本昂贵，周期过长并且造成资源浪费。采用特定的表面工程技术和增材修复技术可迅速恢复损伤零件的尺寸和性能，使其达到甚至超过原始部件的服役要求，在节约资源的同时给航空公司节省了成本开支。

目前修复航空结构件的技术主要有激光熔覆技术、热喷涂技术、焊接技术等常规的高能束表面技术，由于上述技术中材料要经历局部熔化凝固这样一个过程，温度梯度会导致材料在凝固过程中形成柱状的粗大晶粒，而粗大晶粒不利于材料室温力学性能，另外，柱状结构会导致材料的各向异性，即不同方向的力学性能和其他性能不一样。从残余应力角度讲，常规的熔化凝固，材料在凝固过程中继续冷却的时候会在材料内部产生非常大的残余拉应力导致基体材料变形甚至断裂，而冷喷涂修复手段作为一种新型低温无火焰的成型修复工艺，修复效率高，成形性好，在高强铝合金损伤修复中具有显著技术优势，特别适合开展铝合金裂纹、腐蚀故障和制造缺陷修复。此前，该技术已应用于飞机非承力构件的修复，例如某型交流电动泵中油泵口断裂支臂的冷态成型、发动机操纵手柄外壳的螺纹定位孔裂纹修复、电动燃油泵壳体铸造缺陷修复等。但针对框梁等结构存在结合力不够、强度不足等问题，难以满足疲劳性能要求。针对以上冷喷涂技术的问题亟须提出一种新的辅助技术辅助冷喷涂技术来修复航空结构件以满足现阶段航空结构件承力件的服役要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种航空结构件疲劳裂纹的修复方法，本发明创新性的采用激光复合冷喷涂技术，利用激光辅助加热冷喷涂改善涂层与基体界面结合以及涂层内部颗粒间的结合，利用激光冲击调控修复区域的组织结构状态及应力场分布，提高修复件的疲劳性能，保障了飞机结构修复件的服役安全。

本发明采用的技术方案如下：

一种航空结构件疲劳裂纹的修复方法，包括如下过程：

将用于修复结构件的材料通过冷喷涂和激光同步沉积在待修复件的待修复部位，在待修复部位表面形成超音速激光沉积层，将超音速激光沉积层面加工至待修复件原来的尺寸精度和表面粗糙度，之后再对超音速激光沉积层采用激光冲击进行增强处理，修复完成；

其中，冷喷涂垂直于待修复部位，激光从冷喷涂的一侧倾斜辐照，冷喷涂的出粉点和激光的斑点重合；

以质量百分数计，所述用于修复结构件的材料包括：50％～95％的微米铝合金粉体，5％～50％的亚微米陶瓷粉体。

优选的，所述微米铝合金粉体的粒度为5μm～30μm，亚微米陶瓷粉体的粒度为30μm～100μm。