【摘 要】
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铝合金以密度低、强度高及抗腐蚀等特点而备受广泛关注,成为航空航天工业制造的优先选材。但由于其较差的耐磨性,导致铝合金零部件极易因磨损而失效或报废,造成极大的安全隐
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铝合金以密度低、强度高及抗腐蚀等特点而备受广泛关注,成为航空航天工业制造的优先选材。但由于其较差的耐磨性,导致铝合金零部件极易因磨损而失效或报废,造成极大的安全隐患和经济损失。再制造技术可对失效铝合金零部件进行修复,进而最大程度减少资源浪费。以热喷涂技术为代表的传统修复技术虽然已经得到了一定的应用,但其额外的高温热源,不可避免对被修复零部件产生热影响,带来热变形、高温氧化等负面效应。冷喷涂作为一种新兴的涂层制备技术,其低温固态沉积特性,制备的沉积层致密,工作过程中原料的温度在其熔点以下,不易对基体造成热变形,最大程度地保留了原料的结构与成分,为废旧铝合金部件的修复提供了一种新的可能。但是,对于目前已报道的关于冷喷涂技术的研究中,通过冷喷涂技术制备铝合金修复层尤其是高强度的7075修复层,还存在结合强度较低,组织不致密等问题,制备出来的铝合金涂层性能并不理想,尚不能满足大部分铝合金部件的使用要求。在航空工业制造中,5052铝合金经常作为飞机邮箱和管路的优先选材,而6061、7075铝合金经常作为涡轮盘、齿轮箱及隔框等的优先选材。因此,本课题以高性能冷喷涂7075铝合金修复层的制备为目标,以7075铝合金粉末为原料,采用高温高压冷喷涂技术,在不同的原料粉末颗粒形貌(不规则和球形形貌)、气体温度(450℃、500℃、550℃和600℃)、喷涂角度(60°、75°和90°)及不同材质特性的基体上(5052、6061和7075)等工艺条件下,探究原材料粉末特性、工作气体温度、沉积角度及基体材质特性等冷喷涂工艺条件对冷喷涂7075铝合金涂层沉积性能、组织结构及力学性能的影响规律。为冷喷涂技术修复航空轻质关键部件提供理论支持。试验结果表明,仅以廉价的氮气作为工作气体,通过提高主气压力至5MPa即可制备出致密度高(99.9%),界面结合紧密,力学性能优异的高厚度7075铝合金涂层。同一喷涂温度下不规则粉末所制备的涂层质量均低于球形粉末的涂层,沉积效率也略低。粒子与基体间是以冶金结合机理结合。在450℃至550℃的温度范围内,主气温度对涂层组织结构及性能的影响并不大,显微硬度并未提高,甚至有轻微降低。当喷涂温度升高至600℃时,涂层组织结构出现突变,原先致密的涂层同一高度处出现了数百微米级的扁平状大孔隙,涂层孔隙率高达4.2%。当喷涂角度由60°提高至90°,涂层的综合性能反而变差,致密度由99.78%下降至99.48%,硬度由137.8HV0.1下降至123.7HV0.1,但是结合强度由69.3MPa急剧下降至25.3MPa。在6061基体上喷涂的涂层,颗粒与基体发生水平相当的协调变形,结合强度较高(大于56.3MPa),涂层性能较好。而当颗粒撞击到5052、7075基体上时,属于变形不平衡,涂层与基体结合得较差。研究表明:7075铝合金涂层的最佳工艺参数为在6061铝合金基体上制备,以球形粉末为原料,主气温度500℃,喷涂角度60°的涂层。
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