本發(fā)明涉及冷噴技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂裝置及方法。

背景技術(shù)：

鎳鋁青銅合金因強(qiáng)度高，塑性、沖擊韌性好，抗腐蝕性、剝蝕性能強(qiáng)，以及良好澆注工藝性成為制作艦船等螺旋槳的首選。但螺旋槳作為艦船等大型海洋裝備的推進(jìn)設(shè)備，工作環(huán)境惡劣，在航行中需承受巨大力矩及海水的沖擊、腐蝕，且因長(zhǎng)年在海水中工作，受海生物等介質(zhì)影響，常常產(chǎn)生腐蝕。發(fā)現(xiàn)螺旋槳有磨損、腐蝕或氣蝕等表面損傷后應(yīng)及時(shí)修復(fù)，否則，不僅會(huì)使艦船水動(dòng)力性能下降，更嚴(yán)重的是它將加速螺旋槳的氣蝕速度，一旦有了氣蝕洞穴，該處將更容易產(chǎn)生和附著氣泡，與光滑葉面和比，洞穴中的氣泡將更加難于脫離葉面。對(duì)于銅質(zhì)螺旋槳的損傷修復(fù)，一般使用與該螺旋槳材質(zhì)相同的焊條或焊絲，通過(guò)氣焊或氬弧焊方法進(jìn)行修補(bǔ)。由于銅合金對(duì)應(yīng)力腐蝕很敏感，焊前需預(yù)熱，而焊后又必須進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，工藝難度大、條件艱苦。冷噴涂是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新興的表面工程技術(shù)，以壓縮氣體(N₂、He、混合氣體或空氣等)驅(qū)動(dòng)金屬粒子在完全固態(tài)下以極高的速度碰撞基板，使粒子發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形而沉積形成涂層的一種全新噴涂技術(shù)，它可以降低甚至完全消除傳統(tǒng)熱噴涂中氧化、相變、偏析、殘余拉應(yīng)力和晶粒長(zhǎng)大等不利影響，適于制備Cu、Ti等氧化敏感材料涂層，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度好，且效率高。

目前，堆焊是銅質(zhì)螺旋槳損傷修復(fù)常用的方法，使用堆焊技術(shù)修復(fù)的銅質(zhì)螺旋槳有一些不可忽視的缺點(diǎn)。第一，在焊接的高溫下，銅很容易氧化，造成塑性降低產(chǎn)生熱裂紋。第二，焊接時(shí)合金元素容易蒸發(fā)，促使熱裂紋、氣孔、夾渣的產(chǎn)生。第三，銅在高溫環(huán)境下過(guò)飽和氫的析出容易導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。第四，銅合金焊接后，在使用的過(guò)程中有應(yīng)力腐蝕裂紋的趨向，產(chǎn)生“自裂”。另外，由于銅合金對(duì)應(yīng)力腐蝕很敏感，焊前需預(yù)熱，而焊后又必須進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，工藝難度大、條件艱苦。例如氣焊時(shí)為防止熱量流失過(guò)快，影響施焊，需要同時(shí)另加幾把氣焊槍進(jìn)行整體預(yù)熱，即使如此，堆焊修復(fù)也常因局部熱輸入量較大，發(fā)生過(guò)熱，引起螺旋槳葉面的變形。非熔化極氬弧焊修復(fù)螺旋槳葉面，雖然不用氣焊預(yù)熱和保溫即可施焊，但效率太低；熔化極氬弧焊雖然效率較高，但由于熱輸入較大，可能會(huì)導(dǎo)致變形，影響艦船螺旋槳尺寸和后續(xù)再加工。由于其表面腐蝕面積較大，需要整體進(jìn)行修復(fù)，堆焊等傳統(tǒng)方法修復(fù)難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)艦船銅質(zhì)螺旋槳表面腐蝕損傷嚴(yán)重，缺少有效修復(fù)方法難題，采用冷噴涂技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，解決常規(guī)修復(fù)方法中尺寸恢復(fù)效率低、熱變形大、結(jié)合強(qiáng)度低等難題，實(shí)現(xiàn)船艇銅質(zhì)螺旋槳表面腐蝕損傷的低應(yīng)力、小變形、高性能修復(fù)，為提高銅質(zhì)螺旋槳安全性能，延長(zhǎng)其使用壽命；本發(fā)明提供一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂裝置及方法，它能有效的解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂裝置，包括送粉器、送粉閥、超音噴射裝置、高壓氣體供給機(jī)構(gòu)、氣閥和高壓氣體加熱裝置；所述送粉器通過(guò)管路與超音噴射裝置連接；所述高壓氣體供給機(jī)構(gòu)、高壓氣體加熱裝置和超音噴射裝置依次通過(guò)管路連接；所述送粉器和超音噴射裝置的管路上設(shè)有送粉閥；所述高壓氣體供給機(jī)構(gòu)和高壓氣體加熱裝置之間的管路上設(shè)有氣閥。

一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂方法，包括以下步驟：

步驟一，將鎳鋁青銅粉末加入至送粉器；

步驟二，調(diào)節(jié)超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離至20～40mm，設(shè)定送粉速率為30～50g/min，超音噴射裝置的噴嘴水平移動(dòng)速率為5～15cm/min；

步驟三，利用高壓氣體供給機(jī)構(gòu)將工業(yè)用氮送粉氣體增壓至3～4MPa；

步驟四，開(kāi)啟高壓氣體加熱裝置將送粉氣體預(yù)熱至600～800℃；

步驟五，當(dāng)送粉器加壓、預(yù)熱完畢后，打開(kāi)送粉閥，粉末高速均勻噴出，噴射在鎳鋁青銅基體表面，形成涂層。

進(jìn)一步，所述鎳鋁青銅粉末粒徑需分布在20～40μm之間。

進(jìn)一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離最近為30mm。

進(jìn)一步，所述步驟二中，送粉速率最佳為40g/min。

進(jìn)一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴水平移動(dòng)速率最佳為10cm/min。

進(jìn)一步，所述步驟三中，加壓送粉氣體壓強(qiáng)為3.5MPa。

進(jìn)一步，所述步驟四中，送粉氣體加熱后最佳溫度為700℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.熱變形?。唤饘俨牧显诟哂谠俳Y(jié)晶溫度下進(jìn)行的塑性形變過(guò)程叫做熱變形；鎳鋁青銅的熱變形溫度為800～950℃，鎳銅合金的變形溫度為1050℃；可見(jiàn)，常用的銅合金材料的熱變形溫度都高于冷噴涂工作環(huán)境下的最高溫度；所以在冷噴涂的過(guò)程中，銅質(zhì)螺旋槳發(fā)生熱變形的可能性較??；

2.孔隙率低；堆焊技術(shù)雖然經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，是一項(xiàng)較為成熟的表面損傷修復(fù)技術(shù)；但鎳鋁青銅堆焊過(guò)程中，有很多因素會(huì)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生，氣孔的產(chǎn)生會(huì)降低堆焊修復(fù)層的致密性和塑性，造成氣孔周圍應(yīng)力集中，導(dǎo)致修復(fù)層裂縫的產(chǎn)生；冷噴涂的粉末粒子小于50μm，使用本方法制備的鎳鋁青銅涂層孔隙率約為2％，孔隙率水平較低；

3.機(jī)械性能優(yōu)良；冷噴涂過(guò)程中，采用本發(fā)明中冷噴涂裝置及方法制備的鎳鋁青銅涂層平均顯微硬度為290.7 HV0.2，鎳鋁青銅基體的平均顯微硬度為185.4HV0.2，涂層顯微硬度提高了57.2％；同時(shí)，冷噴涂鎳鋁青銅涂層的摩擦性能較好；鎳鋁青銅基體在空氣中平均摩擦系數(shù)為0.228，在3.5％NaCl溶液中平均摩擦系數(shù)為0.226，涂層在空氣中平均摩擦系數(shù)為0.155，在3.5％NaCl溶液中平均摩擦系數(shù)為0.158；這說(shuō)明，無(wú)論在空氣環(huán)境中還是腐蝕環(huán)境中，涂層的耐磨性能均優(yōu)于基體。

4.良好的冷噴涂鎳鋁青銅涂層表面應(yīng)平整致密，沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的明顯孔洞和裂痕。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中涂層與鎳鋁青銅基體摩擦顯微硬度關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明中涂層與鎳鋁青銅基體磨損率關(guān)系圖；

圖4為本發(fā)明中涂層與鎳鋁青銅基體摩擦系數(shù)關(guān)系圖；

附圖標(biāo)記中：1.送粉器；2.送粉閥；3.超音噴射裝置；4.高壓氣體供給機(jī)構(gòu)；5.氣閥；6.高壓氣體加熱裝置；7.涂層；8.鎳鋁青銅基體。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂裝置，包括送粉器1、送粉閥2、超音噴射裝置3、高壓氣體供給機(jī)構(gòu)4、氣閥5和高壓氣體加熱裝置6；所述送粉器1通過(guò)管路與超音噴射裝置3連接；所述高壓氣體供給機(jī)構(gòu)4、高壓氣體加熱裝置6和超音噴射裝置3依次通過(guò)管路連接；所述送粉器1和超音噴射裝置3的管路上設(shè)有送粉閥2；所述高壓氣體供給機(jī)構(gòu)4和高壓氣體加熱裝置6之間的管路上設(shè)有氣閥5。

一種用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂方法，包括以下步驟：

步驟一，將鎳鋁青銅粉末加入至送粉器；

步驟二，調(diào)節(jié)超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離至20～40mm，設(shè)定送粉速率為30～50g/min，超音噴射裝置的噴嘴水平移動(dòng)速率為5～15cm/min；

步驟三，利用高壓氣體供給機(jī)構(gòu)將工業(yè)用氮送粉氣體增壓至3～4MPa；

步驟四，開(kāi)啟高壓氣體加熱裝置將送粉氣體預(yù)熱至600～800℃；

步驟五，當(dāng)送粉器加壓、預(yù)熱完畢后，打開(kāi)送粉閥，粉末高速均勻噴出，噴射在鎳鋁青銅基體表面，形成涂層。

進(jìn)一步，所述鎳鋁青銅粉末粒徑需分布在20～40μm之間。

進(jìn)一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴距鎳鋁青銅基體距離最近為30mm。

進(jìn)一步，所述步驟二中，送粉速率最佳為40g/min。

進(jìn)一步，所述步驟二中，超音噴射裝置的噴嘴水平移動(dòng)速率最佳為10cm/min。

進(jìn)一步，所述步驟三中，加壓送粉氣體最佳為3.5MPa。

進(jìn)一步，所述步驟四中，送粉氣體加熱后最佳溫度為700℃。

相較于傳統(tǒng)的堆焊修復(fù)技術(shù)，本發(fā)明的用于銅質(zhì)螺旋槳表面損傷修復(fù)的冷噴涂方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.熱變形?。唤饘俨牧显诟哂谠俳Y(jié)晶溫度下進(jìn)行的塑性形變過(guò)程叫做熱變形；鎳鋁青銅的熱變形溫度為800～950℃，鎳銅合金的變形溫度為1050℃；可見(jiàn)，常用的銅合金材料的熱變形溫度都高于冷噴涂工作環(huán)境下的最高溫度；所以在冷噴涂的過(guò)程中，銅質(zhì)螺旋槳發(fā)生熱變形的可能性較??；

2.孔隙率低；堆焊技術(shù)雖然經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，是一項(xiàng)較為成熟的金屬修復(fù)技術(shù)；但是堆焊過(guò)程中，有很多因素會(huì)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生，氣孔的產(chǎn)生會(huì)降低焊接接頭的嚴(yán)密性和塑性，造成氣孔周圍應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊接裂縫的產(chǎn)生；冷噴涂的粉末粒子小于50μm，使用本方法制備的鎳鋁青銅涂層孔隙率約為2％，孔隙率水平較低；

3.機(jī)械性能優(yōu)良；冷噴涂過(guò)程中，本方法制備的鎳鋁青銅涂層平均顯微硬度為290.7 HV0.2，鎳鋁青銅基體的平均顯微硬度為185.4HV0.2，涂層顯微硬度提高了57.2％；同時(shí)，冷噴涂鎳鋁青銅涂層的摩擦性能較好；鎳鋁青銅基體在空氣中平均摩擦系數(shù)為0.228，在3.5％NaCl溶液中平均摩擦系數(shù)為0.226，涂層在空氣中平均摩擦系數(shù)為0.155，在3.5％NaCl溶液中平均摩擦系數(shù)為0.158；這說(shuō)明，無(wú)論在空氣環(huán)境中還是腐蝕環(huán)境中，涂層的耐磨性能均優(yōu)于基體。

4.良好的冷噴涂鎳鋁青銅涂層表面應(yīng)平整致密，沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的明顯孔洞和裂痕。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。