一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬構(gòu)件的修復(fù)再制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法，具體地說是一種基于金屬粉末熔化沉積成型的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)缺損支撐腿的修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，各行業(yè)對材料的要求越來越高，在應(yīng)用過程中要求材料有很好的力學(xué)、熱學(xué)等綜合性能，現(xiàn)有的單一材料不能同時滿足這種需求，通常需要把兩種或多種性能優(yōu)異的材料連接起來制備成多種金屬的復(fù)合結(jié)構(gòu)以達(dá)到使用要求。
[0003]鎢具有高熔點、低蒸氣壓和低濺射腐蝕率，銅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、良好的加工和焊接性能，銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)作為熱沉結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在能源、軍工領(lǐng)域[1]。為了固定在熱源附近，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)通常需要在鎢的表面連接支撐腿，但鎢是難熔金屬，對雜質(zhì)敏感性大，焊接在鎢基體上的支撐腿在力的作用下容易脫落，導(dǎo)致銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)使用，直接報廢會提高經(jīng)濟(jì)成本，有必要對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)再利用。
[0004]傳統(tǒng)的修復(fù)方法多采用手工電弧焊、氣體保護(hù)焊等補(bǔ)焊方法，目前也有一些采用連續(xù)激光進(jìn)行零件修復(fù)[3]的研究，但這些修復(fù)方法會把零部件加熱到較高的溫度，使修復(fù)后的零部件存在較大的應(yīng)力集中，產(chǎn)生焊接變形大的問題，同時焊接過程如果暴露在空氣中，會使修復(fù)件表面發(fā)生氧化。尤其對于采用熱等靜壓等壓力焊接方法進(jìn)行連接的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)[2]，銅和鎢的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，同時鎢在高溫下容易氧化，上述修復(fù)方法由于有較大的熱輸入，會破壞鎢及銅鎢鎢復(fù)合界面的性能，降低復(fù)合結(jié)構(gòu)的使用性能而無法進(jìn)行修復(fù)。對于支撐腿缺損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)，需要一種熱輸入少的修復(fù)方法，在不破壞復(fù)合結(jié)構(gòu)中銅鎢連接的基礎(chǔ)上，靈活、快速地實現(xiàn)銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)支撐腿的修復(fù)。
[0005]參考文獻(xiàn):
[0006][ I ]郭雙全，馮云彪，燕青芝等.偏濾器中鎢與異種材料的連接技術(shù)研究進(jìn)展[J].焊接技術(shù)，2010,39(9):3-7.
[0007][2]吳繼紅，張斧，嚴(yán)建成等.銅-鎢/不銹鋼熱等靜壓焊接界面組織的研究[J].焊接，2002,(6):13-15.
[0008][3]李午紅，張大偉，毛杰，等.一種采用金屬粉末的激光修復(fù)方法:中國，CN104233292A[P],2014-12-24.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法，其特征在于，具體地說是一種基于金屬粉末熔化沉積成型的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)缺損支撐腿的修復(fù)方法;包括下面步驟:
[0010]I)對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清理，待修復(fù)區(qū)用W14號金相砂紙研磨，并將待修復(fù)結(jié)構(gòu)放入99%酒精中超聲清洗5分鐘，去除待修復(fù)區(qū)的磨損層、疲勞層、氧化層及其他雜質(zhì)；
[0011]2)對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸測量，包括待修復(fù)區(qū)的尺寸和破損區(qū)域的深度及面積；
[0012]3)根據(jù)圖紙或進(jìn)行化學(xué)分析確認(rèn)待修復(fù)區(qū)的材質(zhì)；
[0013]4)制定修復(fù)工藝:包括破損件的工裝、采用的修復(fù)粉末、激光熔化沉積修復(fù)工藝；
[0014]5)逐層在銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的缺損部位進(jìn)行堆積，直至制備出完整尺寸的支撐腿；
[0015]6)后期機(jī)加工及質(zhì)檢:根據(jù)要求，對修復(fù)后的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行車削加工，使其尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求，并對修復(fù)件進(jìn)行探傷，檢測修復(fù)區(qū)是否有缺陷，包括裂紋、氣孔。
[0016]所述步驟4)的具體修復(fù)工藝為采用脈沖Nd:YAG激光光源進(jìn)行修復(fù);在氬氣氣氛中，米用的修復(fù)粉末為99.5wt%的銀粉，粒度為-100?+200目；逐層堆積工藝參數(shù)為:電流:400A，脈沖:3.5ms，頻率:8Hz，修復(fù)速率:2mm/s，層高:0.2mm，送粉量:0.5g/min，光斑大小:2mm，搭接量1.2mm，在氬氣環(huán)境下，防止鎢基體氧化。
[0017]本發(fā)明的有益效果是考慮到復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部鎢和銅的連接，本發(fā)明采用脈沖Nd:YAG激光光源進(jìn)行修復(fù)，熱輸入少，修復(fù)后銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力小，不破壞復(fù)合結(jié)構(gòu)中鎢和銅的連接;修復(fù)過程在氬氣氣氛中進(jìn)行，防止了銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的氧化;修復(fù)支撐腿與鎢基體的界面為冶金結(jié)合，結(jié)合力強(qiáng)，使破損銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)得到再利用，節(jié)約了原料和能源，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)價值;與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在多種金屬的復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018]圖1為修復(fù)區(qū)與基體的鎳鎢界面背散射掃描電鏡圖；
[0019]圖2為修復(fù)區(qū)與基體的鎳鎢界面能譜圖；
[0020]圖3為修復(fù)后復(fù)合結(jié)構(gòu)中的銅鎢界面背散射掃描電鏡圖；
[0021]圖4為修復(fù)后復(fù)合結(jié)構(gòu)中的銅鎢界面能譜圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法，具體地說是一種基于金屬粉末熔化沉積成型的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)缺損支撐腿的修復(fù)方法。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]實施例
[0024]對基于金屬粉末熔化沉積成型的破損銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，待修復(fù)區(qū)為鎢基體上缺損的鎳支撐腿。本修復(fù)實例包括如下步驟:
[0025]1.對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清理，待修復(fù)區(qū)用W14號金相砂紙研磨，并將銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)放入99%酒精中超聲清洗5分鐘，去除待修復(fù)區(qū)的磨損層、疲勞層、氧化層及其他雜質(zhì)；
[0026]2.對破損銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸測量，待修復(fù)的銅/鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)支撐腿的尺寸為15 X 15 X 15mm，破損區(qū)域的深度為0.5mm，面積為15 X 15 = 225mm2 ；
[0027]3.根據(jù)圖紙確定待修復(fù)支撐腿的材質(zhì)為純鎳；
[0028]4.制定修復(fù)工藝:銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的工裝:將復(fù)合結(jié)構(gòu)固定到工作臺，其待修復(fù)面向上，與激光束方向垂直;采用的修復(fù)粉末為99.5wt %的鎳粉，粒度為-100?+200目；逐層堆積工藝參數(shù)為:電流:400A，脈沖:3.5ms，頻率:8Hz，修復(fù)速率:2mm/s，層高:0.2mm，送粉量:
0.5g/min，光斑大小:2mm，搭接量1.2mm，為防止媽基體氧化，修復(fù)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行；
[0029]5.逐層在銅/鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的缺損部位進(jìn)行堆積，直至制備出完整尺寸的支撐腿；
[0030]6.后期機(jī)加工及質(zhì)檢:根據(jù)要求，對修復(fù)后的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行車削加工，使其尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求，并對修復(fù)件進(jìn)行探傷，檢測修復(fù)區(qū)是否有裂紋、氣孔等缺陷。
[0031 ]檢測結(jié)果:修復(fù)后的支撐腿外形完好，達(dá)到技術(shù)要求;修復(fù)區(qū)與基體界面為冶金結(jié)合，界面及修復(fù)區(qū)無裂紋、氣孔等缺陷，如圖1、2所示;修復(fù)后銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)中的銅鎢界面良好，修復(fù)過程未破壞其連接，圖1、圖3中中間白線表示界面能譜的位置和長度；如圖3、4所示;修復(fù)后的鎳支撐腿試樣抗拉強(qiáng)度為255MPa，鎳鎢界面試樣抗拉強(qiáng)度為260MPa，達(dá)到使用要求。
【主權(quán)項】
1.一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法，其特征在于，具體地說是一種基于金屬粉末熔化沉積成型的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)缺損支撐腿的修復(fù)方法;包括下面步驟: 1)對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清理，待修復(fù)區(qū)用W14號金相砂紙研磨，并將待修復(fù)結(jié)構(gòu)放入99%酒精中超聲清洗5分鐘，去除待修復(fù)區(qū)的磨損層、疲勞層、氧化層及其他雜質(zhì)； 2)對破損的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸測量，包括待修復(fù)區(qū)的尺寸和破損區(qū)域的深度及面積； 3)根據(jù)圖紙或進(jìn)行化學(xué)分析確認(rèn)待修復(fù)區(qū)的材質(zhì)； 4)制定修復(fù)工藝:包括破損件的工裝、采用的修復(fù)粉末、激光熔化沉積修復(fù)工藝； 5)逐層在銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的缺損部位進(jìn)行堆積，直至制備出完整尺寸的支撐腿； 6)后期機(jī)加工及質(zhì)檢:根據(jù)要求，對修復(fù)后的銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行車削加工，使其尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求，并對修復(fù)件進(jìn)行探傷，檢測修復(fù)區(qū)是否有缺陷，包括裂紋、氣孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法，其特征在于，所述步驟4)的具體修復(fù)工藝為采用脈沖Nd: YAG激光光源進(jìn)行修復(fù)；在氬氣氣氛中，采用的修復(fù)粉末為.99.5wt%的鎳粉，粒度為-1OO?+200目；逐層堆積工藝參數(shù)為:電流:400A，脈沖:3.5ms，頻率:8Hz，修復(fù)速率:2mm/s，層高:0.2mm，送粉量:0.5g/min，光斑大小:2_，搭接量1.2_，在氬氣環(huán)境下，防止鎢基體氧化。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于金屬構(gòu)件的修復(fù)再制造技術(shù)領(lǐng)域的一種銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)方法。采用脈沖Nd:YAG激光熔化同步輸送的金屬粉末，在銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的支撐腿缺損部位進(jìn)行逐層堆積，直至制備出完整的修復(fù)區(qū)，對修復(fù)區(qū)進(jìn)行車削加工，恢復(fù)銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量。本發(fā)明采用脈沖Nd:YAG激光為熱源進(jìn)行修復(fù)，熱輸入少，修復(fù)過程在氬氣氣氛下進(jìn)行，防止了銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)的氧化；修復(fù)后復(fù)合結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力小，不破壞復(fù)合結(jié)構(gòu)中銅鎢的連接；修復(fù)區(qū)與鎢基體的界面為冶金結(jié)合，結(jié)合力強(qiáng)，使破損銅鎢復(fù)合結(jié)構(gòu)得到再利用，節(jié)約了原料和能源，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價值；本發(fā)明在多種金屬的復(fù)合結(jié)構(gòu)的修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。
【IPC分類】C23C24/10
【公開號】CN105543837
【申請?zhí)枴緾N201510997770
【發(fā)明人】劉彥濤, 張永忠
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月25日