鋁合金表面修復 鋁及其合金表面自然形成一層強韌性的氧化膜，由此造成在實際焊接過程中很難防止暴露區域的氧化行為。電阻點焊焊接鋁合金也是非常困難的，盡管該技術可以實現鋁合金的焊接，因為表面氧化膜的存在導致表面電阻發生變化[12]。與鐵不同，鋁只有一種同素異形體，這樣在冷卻時就無相轉變發生而造成顯微結構的變化。鋁合金強化的方式主要有變形強化、固溶強化和析出強化。常規焊接方法一般會在焊接時由于熱輸入的熱量會惡化變形強化或析出強化的鋁合金。 弧焊和點焊是鋁合金焊接中較常采用的焊接技術。最近由于激光技術的迅速發展，激光焊接技術得到迅猛的發展并在鋁合金的焊接上的應用越來越廣泛。然后，由于鋁合金種類的不同而存在不同的問題。如，有研究表明在焊接AA6xxx系列鋁合金由于存在較大的凝固溫度區間而極易形成諸如裂紋等缺陷，在焊接AA5083時由于Mg含量在3~6%之間極易形成疏松缺陷。以上缺點的存在，導致鋁合金的激光焊接比較于鋼鐵材料的焊接而言要復雜得多。 圖1 航空發動機上鑄造Al合金表面的氣孔缺陷而且，氧與鋁之間的高活性會導致鋁合金產品在鑄造過程中極易發生疏松和氣孔等缺陷，如圖1為某型號發動機鑄造件表面上形成的縮孔，圖2為ZL104鋁合金中形成的疏松缺陷。疏松和氣孔的存在會嚴重降低制件的服役性能，甚至造成事故。但由于這些鋁合金制件多為薄壁件且一般已經加工成成品，常規的焊補手段很難做到對基材不產生熱損傷。而金屬醫生技術卻可以很好的解決這一問題。 圖2 ZL104合金上形成的疏松 如今我們采用金屬醫生技術對多種航空航天、汽車、電機等上使用的鋁合金部件的疏松、氣孔和表面裂紋等缺陷進行了修復。經過裝機使用，效果非常好。圖3為我們在某航空發動機部件上使用金屬醫生技術進行修復后的截面圖。 圖3 Al-Si合金表面的HEMAA涂層鈦合金的表面滲碳、滲氧強化和修復 鈦及其合金由于其突出的綜合性能而廣泛應用于航空航天、化學、汽車制造以及核工業領域。但鈦合金由于不耐磨，因此需要進行表面滲碳處理以提高其表面耐磨性。 常規滲碳方法有電鍍、滲碳爐滲碳、放電加工、ＰＶＤ、ＣＶＤ等方法，但這些方法均沒有易加工、處理溫度低、可高速以及大面積處理等優點。采用電火花滲碳形成滲碳層，其滲層深約５μｍ，經電子探針和Ｘ射線分析確認是碳向鈦基體梯度滲入生成的ＴｉＣ層。該方法屬于擴散處理的一種，得到的硬化層與涂層處理得到的硬質層不同，具有與一般的梯度膜同樣良好的致密性，硬度為Ｈｖ２２００ 基材約為Ｈｖ２００。經摩擦實驗發現，電火花加工處理可降低鈦的摩擦系數，提高耐磨性。另外，經處理的表面耐鹽水和硫酸的腐蝕性能也優于純鈦。 另外，我們還對飛機的鈦合金防冰殼體、鐵基高溫合金以及鎂合金零部件進行了電火花強化處理。 表面滲碳 鈦合金在制作成轉動部件后進行應用非常具有吸引力，如汽車的閥門、化工用的泵閥以及飛機使用的部件。然而鈦合金的耐磨性非常差，因為它在運動過程中極易發生粘著磨損。 鈦及鈦合金的滲碳可以在非氧化性氣氛的環境下實現。根據Ti-C相圖可以發現，Ti-C相圖有別于Ti-O相圖與Ti-N相圖，C在Ti中的固溶度非常? iC化合物的厚度一般在1～10μm。但一旦TiC形成后，再形成更深的滲碳層就非常不容易。滲碳溫度一般在1050℃的溫度下進行，同時需要有滲碳介質存在才能完成滲碳過程。 圖4為Ti-C相圖。其中γ相為TiC1-x，此處x在一定范圍內變化。 圖4 Ti-C相圖傳統的滲碳處理工藝是不能完成對指定區域的滲碳。而金屬醫生恰好可以實現在常溫下對指定區域的滲碳。 圖5 TC4鈦合金表面滲碳層的顯微硬度鈦合金表面的滲碳實驗采用碳棒作電極，鈦合金作為基體材料。圖5為滲碳結束后得到的硬度分布曲線，表層的顯微硬度可以到達Hv1500，由表及里存在梯度逐漸降低到基材的位置。在合金化過程中將發生如下化學反應過程： C+α―Ti→αTi(C) (1) C+Ti→TiC (2) 如今該工藝已經成功的應用到化工廠閥門表面的滲碳和某型號飛機用鈦合金部件的表面強化處理上。圖6即為我們對某化工廠閥門表面進行滲碳處理的實物圖，圖7中黑色區域即為滲碳強化處理區域。 鈦合金耐磨件的表面滲氧強化 鈦合金的表面滲碳、滲氮由于處理時間長、溫度高，對鈦合金耐磨件的損傷比較大，限制了該工藝的應用。而鈦合金金的表面滲氧不僅處理時間短，而且處理溫度還低于滲碳、滲氮溫度，處理后硬度可以達到HV500-800（相當于于HRC50-80）。應用前景廣闊，在進口飛機件的國產化上得到應用。 圖6 采用金屬醫生進行合金化滲碳處理的閥門 （黑色區域為處理部位）鈦合金的修復 航空航天部件上使用的鈦合金基本上是采用熱處理強化的高強度鈦合金進行制造的。這些部件由于在操作運轉、腐蝕、磨擦等工況的作用發生磨損和損傷。然而，每年均有大量昂貴的魚雷、藥筒以及刮傷的鈦合金部件由于摩擦而表面形成缺陷需要修復。同時有一部分鈦合金存在鑄造缺陷需要進行修復。一部分鈦合金部件可以采用傳統的焊接技術進行修復。由于傳統的焊接方法會對基材產生大量的熱損傷，而且這種熱損傷常常是有害的，會造成部件的變形、腐蝕敏感性增強、熱影響區的強度下降、吸氫/氮/氧等后果。而且，一些高強鈦合金如武器或飛機發動機上使用的Ti-6A-2Sn-4Zr-6Mo合金、被認為是不可焊合金。基于以上原因，這些部件的修復一般不考慮采用常規的焊接技術進行修復的辦法。圖7為由于磨損和龜裂造成的缺陷。圖8為在Ti6Al4V基材上進行金屬醫生后得金相照片。 圖7 磨損與減尺后的Ti6Al4V-渦輪銷軸 圖8在Ti6Al4V表面上制備出的金屬醫生涂層