本申请属于增材修复领域，特别涉及一种用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法。
背景技术：
飞机机体主承力构件由于所承受载荷大，易出现疲劳裂纹，一旦破坏将直接危及飞行安全。这类构件结构复杂、施工通路狭小同时还常处于燃油环境中，对裂纹的修复手段限制较为苛刻。传统的螺栓连接补强和胶接补强修理方式，以及同属增材制造的新兴的3d打印、搅拌摩擦焊均难以胜任。为此提出了基于高速射流增材的修复方法，该方法基于射流技术原理，通过高压气体带动粒子，形成高速粒子射流，与待修复构件碰撞发生剧烈的塑性变形，在待修复构件表面形成沉积层(増材层)。
基于高速射流增材的修复方法中，工艺参数的微小变化都会直接影响増材修复的品质，如何提高増材修复的品质是一大难题。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
技术实现要素：
本申请的目的是提供了一种用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，包括：
步骤一、获取对铝合金基材构件进行増材修复的工艺参数，所述工艺参数包括：拖拽气体以及拖曳气体压力、増材粉末种类以及粉末粒径、粒子温度；
步骤二、基于所述工艺参数构建増材修复的参数工艺窗口；
步骤三、将所述铝合金基材构件置于射流増材修复装置中，根据所述参数工艺窗口对铝合金基材零件进行射流増材修复。
可选地，所述参数工艺窗口包括：
増材修复铝合金主承力构件时，
所述拖拽气体为99.99％以上的氦气；
所述拖曳气体压力范围为5.0～7.0mpa；
所述増材粉末种类为粉末7075或粉末5056；
所述粉末粒径为d10不大于10μm、d50在20～30μm、d90不大于60μm，且呈正态分布；
所述粒子温度范围为200～400℃；
増材修复铝合金次承力构件时，
所述拖拽气体为氦气、氮气混合气体，混合比例为70～80％氦气、30～20％氮气；
所述拖曳气体压力范围为3.5～5.0mpa；
所述増材粉末种类为粉末6061或粉末2024；
所述粉末粒径为d10不大于10μm、d50在20～30μm、d90不大于60μm，且呈正态分布；
所述粒子温度范围为200～400℃；
其中，
d10为颗粒累积分布为10％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10％；
d50为颗粒累积分布为50％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％；
d90为颗粒累积分布为90％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90％。
可选地，所述工艺参数还包括粉末形状，其中，
増材修复铝合金主承力构件时，所述粉末形状为球形或纵横比不大于2的近似球形的含量不小于97％；
増材修复铝合金次承力构件时，所述粉末形状为球形或纵横比不大于2的近似球形的含量不小于97％。
可选地，所述工艺参数还包括粉末硬度，其中，
増材修复铝合金主承力构件时，所述粉末硬度差异不超过10％；
増材修复铝合金次承力构件时，所述粉末硬度差异不超过10％。
可选地，所述射流増材修复装置包括：
工作箱，所述工作箱的顶部开设有进口，所述工作箱的侧壁上开设有吸气孔以及进气孔，所述吸气孔与抽气装置连接；
固定台，所述固定台设置在所述工作箱中，用于固定待増材修复的铝合金基材构件；
喷枪，所述喷枪从顶部进口伸入所述工作箱中，喷枪头与铝合金基材构件的待増材修复区域对应。
可选地，所述吸气孔布置在所述工作箱的后侧壁板上，所述进气孔布置在所述工作箱的左右两侧壁板上。
可选地，所述吸气孔与集尘装置连接。
可选地，所述工作箱的前侧壁板为透明材质。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，能够获得较高且稳定的増材修复效果，满足高速射流增材修复需求。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法流程图；
图2是本申请一个实施方式的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法的参数工艺窗口示意图；
图3是本申请一个实施方式的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法的射流増材修复装置示意图。
其中：
1-铝合金基材构件；2-喷枪；3-吸气孔；4-进气孔。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，包括以下步骤：
步骤一、获取对铝合金基材构件进行増材修复的工艺参数，对铝合金基材高速射流増材修复的工艺主要受拖拽气体以及拖曳气体压力、増材粉末种类以及粉末粒径、粒子温度等条件的制约；
步骤二、基于工艺参数构建増材修复的参数工艺窗口；
步骤三、将铝合金基材构件置于射流増材修复装置中，根据工艺窗口对铝合金基材零件进行射流増材修复。
在本申请的一个实施方式中，经过试验给出各工艺参数间关系的图形表征形式，如图2所示。
(1)拖曳气体
増材修复铝合金主承力构件时，应选用纯度在99.99％以上的氦气；
増材修复铝合金次承力构件时，可选用氦气、氮气混合气体，混合比例为70～80％氦气、30～20％氮气。
(2)拖曳气体压力
足够高的拖曳气体压力是粒子加速的首要条件；
増材修复铝合金主承力构件时，拖曳气体压力范围为5.0～7.0mpa；
増材修复铝合金次承力构件时，拖曳气体压力范围为3.5～5.0mpa。
(3)増材粉末种类的选择
粉末种类：用于铝合金基材高速射流増材修复常用粉末有粉末6061、粉末2024、粉末7075、粉末5056等。根据待修复产品材料特性确定适合的増材粉末种类，其中，粉末7075、粉末5056可用于铝合金主承力构件，粉末6061、粉末2024可用于铝合金次承力构件。
(4)粉末粒径
粉末粒径：在相同工艺参数下，粒子撞击速率与粉末粒径成反比，以d10、d50和d90三项指标表征粉末粒径分布，其中，
d10表示颗粒累积分布为10％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10％；
d50表示颗粒累积分布为50％的粒径，也称中值粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％；
d90表示颗粒累积分布为90％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90％；
増材修复铝合金主承力构件以及増材修复铝合金次承力构件时，适合高速射流増材修复的粉末粒径分布均可以为d10不大于10μm、d50在20～30μm、d90不大于60μm，且呈正态分布。
本实施例中，
高速射流増材修复用粉末形状应为球形或纵横比不大于2的近似球形，且含量不小于97％；
粉末的显微硬度作为衡量标准，为减小工艺分散性，批次间粉末硬度差异不应超过10％。
(5)粒子温度
适当的温度有助于软化粒子并可提高粒子的撞击速度，但铝合金基材耐高温能力较差，过高的升温会造成铝合金基体退火，进而破坏基体原强度性能，失去了増材修复的意义。増材修复铝合金主承力构件以及铝合金次承力构件时，适合高速射流増材修复的粉末加温均应控制在200～400℃。
在本申请的一个实施方式中，给出了一种射流増材修复装置，包括工作箱、固定台以及喷枪2，如图3所示。
具体的，工作箱的顶部开设有进口，工作箱的侧壁上开设有吸气孔3以及进气孔4，吸气孔3与抽气装置连接；固定台设置在工作箱中，用于固定待増材修复的铝合金基材构件1；喷枪2从顶部进口伸入工作箱中，喷枪头与铝合金基材构件的待増材修复区域对应，喷枪2根据参数工艺窗口对铝合金基材零件进行射流増材修复。
有利的是，本实施例中，吸气孔3布置在工作箱的后侧壁板上，如图3中开设四个，吸气孔3后部连接抽气装置外，还设置有集尘装置，吸气孔3还可以设置有盖板，用于离散气流，防止干扰高速粒子射流的流向与速度。进气孔4布置在工作箱的左右两侧壁板的下部，如图3中开设四个，与吸气孔3配合保证工作箱内空气流通。工作箱同时可以起到防止粉尘扩散，避免环境污染的作用，工作箱的前侧壁板为透明材质，便于观察修复工作情况。
在本申请的一个实施方式中，利用高速射流增材修复某7000系铝合金构件工艺方法如下：
获取对铝合金基材构件进行増材修复的工艺参数；
构建如下所示的参数工艺窗口：拖曳气体使用纯度为99.999％的氦气；设置拖曳气体压力为6.2mpa；使用増材粉末种类为7075铝合金粉末；粉末粒径分布为：d10为7μm、d50在25μm、d90为55μm；粉末形状为球形或纵横比不大于2近似球形，且上述形状的粉末含量为98.5％；粉末硬度显微硬度为1.5gpa；粒子温度设定为400℃。
使用某型射流增材修复装置，基于以上工艺参数设定对铝合金基材构件进行増材修复，可以制得孔隙率低于1％，拉伸强度达到325mpa，维氏硬度值达145的増材修复层。
本申请的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，能够获得较高且稳定的増材修复效果，满足高速射流增材修复需求，提高作业效率。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取对铝合金基材构件进行増材修复的工艺参数，所述工艺参数包括：拖拽气体以及拖曳气体压力、増材粉末种类以及粉末粒径、粒子温度；
步骤二、基于所述工艺参数构建増材修复的参数工艺窗口；
步骤三、将所述铝合金基材构件置于射流増材修复装置中，根据所述参数工艺窗口对铝合金基材零件进行射流増材修复。
2.根据权利要求1所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述参数工艺窗口包括：
増材修复铝合金主承力构件时，
所述拖拽气体为99.99％以上的氦气；
所述拖曳气体压力范围为5.0～7.0mpa；
所述増材粉末种类为粉末7075或粉末5056；
所述粉末粒径为d10不大于10μm、d50在20～30μm、d90不大于60μm，且呈正态分布；
所述粒子温度范围为200～400℃；
増材修复铝合金次承力构件时，
所述拖拽气体为氦气、氮气混合气体，混合比例为70～80％氦气、30～20％氮气；
所述拖曳气体压力范围为3.5～5.0mpa；
所述増材粉末种类为粉末6061或粉末2024；
所述粉末粒径为d10不大于10μm、d50在20～30μm、d90不大于60μm，且呈正态分布；
所述粒子温度范围为200～400℃；
其中，
d10为颗粒累积分布为10％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10％；
d50为颗粒累积分布为50％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％；
d90为颗粒累积分布为90％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90％。
3.根据权利要求2所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述工艺参数还包括粉末形状，其中，
増材修复铝合金主承力构件时，所述粉末形状为球形或纵横比不大于2的近似球形的含量不小于97％；
増材修复铝合金次承力构件时，所述粉末形状为球形或纵横比不大于2的近似球形的含量不小于97％。
4.根据权利要求3所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述工艺参数还包括粉末硬度，其中，
増材修复铝合金主承力构件时，所述粉末硬度差异不超过10％；
増材修复铝合金次承力构件时，所述粉末硬度差异不超过10％。
5.根据权利要求1所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述射流増材修复装置包括：
工作箱，所述工作箱的顶部开设有进口，所述工作箱的侧壁上开设有吸气孔(3)以及进气孔(4)，所述吸气孔(3)与抽气装置连接；
固定台，所述固定台设置在所述工作箱中，用于固定待増材修复的铝合金基材构件(1)；
喷枪(2)，所述喷枪(2)从顶部进口伸入所述工作箱中，喷枪头与铝合金基材构件的待増材修复区域对应。
6.根据权利要求5所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述吸气孔(3)布置在所述工作箱的后侧壁板上，所述进气孔(4)布置在所述工作箱的左右两侧壁板上。
7.根据权利要求6所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述吸气孔(3)与集尘装置连接。
8.根据权利要求7所述的用于铝合金基材的射流増材修复工艺方法，其特征在于，所述工作箱的前侧壁板为透明材质。
技术总结