■ 王俊/中國航發(fā)動研所

新型耐磨抗腐蝕涂層可使零件表面具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，能很好地解決集油器與行星架接觸表面因陽極化膜被磨損而換件的問題，能有效延長行星傳動系統(tǒng)的使用壽命。

通常情況下，傳動系統(tǒng)工作過程中的磨損、腐蝕、疲勞等失效現(xiàn)象是縮短裝備使用壽命、消耗維修費用的主要因素。傳動系統(tǒng)的故障往往是個別零件失效造成的。而零件失效基本上是從局部表面開始，例如，腐蝕是從零件表面開始，摩擦磨損在零件表面發(fā)生，疲勞裂紋由零件表面向里延伸。主減速器的行星系集油器的失效也不例外，如圖1所示。

圖1 集油器與行星架配合面腐蝕示意圖

涂層的失效機(jī)理及解決辦法

集油器通常是用螺栓安裝在行星架上，隨行星架轉(zhuǎn)動，為行星輪系收集和提供潤滑油。行星架的材料為高強(qiáng)度合金鋼，而集油器由上盤和下盤組成，上盤和下盤通過氬弧焊焊接而成，上下盤的材料為鋁合金LF5，厚度為1mm，表面經(jīng)陽極化處理。在使用一段時間后，集油器與行星架接觸表面陽極化膜容易被磨損。在某些工況中，材料既要受到磨料機(jī)械力的作用，又要受到高溫氧化作用，因而在電化學(xué)腐蝕作用下會導(dǎo)致行星架出現(xiàn)腐蝕，從而影響行星傳動。在返廠分解檢查時，一旦出現(xiàn)集油器底部陽極化膜磨損即須更換該件，因此合理采用表面涂層對提高集油器的壽命和可靠性至關(guān)重要。

集油器表面金屬陽極化膜腐蝕的原因分析

金屬腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。不論發(fā)生哪種腐蝕，都是由于腐蝕介質(zhì)的存在，例如，氧氣、水、酸、鹽及腐蝕性工業(yè)氣體等。涂層可以防止金屬表面與腐蝕性介質(zhì)的直接接觸，在金屬表面形成一個屏蔽層，避免發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，延緩腐蝕發(fā)生。研究表明，集油器的鋁合金經(jīng)過陽極化處理后，得到的氧化膜具有雙層結(jié)構(gòu)。內(nèi)層為較薄的致密、硬度和純度較高的晶型Al2O3，厚度為0.03～0.05μm，占總膜厚的0.5%～2.0%，又稱為阻擋層；外層為硬度較低的非晶型Al2O3和少量的Al2O3H2O，是較厚的多孔層，孔隙率為35%?？紫对谒嵝曰蚵入x子存在的條件下構(gòu)成腐蝕源，與異金屬接觸，極易形成電化學(xué)腐蝕。因此，陽極氧化所得的膜層必須進(jìn)行封閉處理，提高膜層的抗腐蝕和耐磨能力。

解決方法

為延長集油器與行星架間發(fā)生電化學(xué)腐蝕的時間，以達(dá)到延長主減速器行星系的全生命周期的目的，可以采用以下三種方法，但各有利弊。

方法一，采用耐油橡膠等非金屬隔離兩種金屬。此方法將增加主減速器零件數(shù)量且需改變連接螺栓長度，非金屬件在行星架轉(zhuǎn)動過程中在離心力作用下有無變形及對連接有無影響、非金屬老化問題等有待驗證。

方法二，采用玻璃纖維等非金屬材料制造集油器。此方法目前尚未在減速器內(nèi)部轉(zhuǎn)動件上應(yīng)用，難度較大。

方法三，在集油器與行星架接觸的面上涂更優(yōu)質(zhì)的耐磨防腐涂層。該方法不用新增零件，重量增加不多，改動量最小。

通過綜合比較研制風(fēng)險及進(jìn)度，傾向于采用方案三。

目前，航空用的耐磨涂料有S04-109H聚氨酯航空葉片保護(hù)磁漆、J04-101H氟橡膠葉片漆、HM-102二硫化鉬干膜潤滑劑、HR-7201固體膜潤滑劑、H01-30環(huán)氧烘干清漆等，但均缺少微動磨損工況下的使用經(jīng)驗與數(shù)據(jù)。由于沒有可應(yīng)用的涂層技術(shù)可借鑒，需研制新型的耐磨防腐涂層，滿足集油器及行星架長久有效的防電化學(xué)腐蝕保護(hù)要求。

集油器用表面耐磨抗腐蝕涂層研制

底漆的研制

底漆必須與陽極氧化處理的鋁合金間具有良好的黏結(jié)力和良好的封閉作用和防腐性，阻止腐蝕介質(zhì)的滲透，延緩金屬腐蝕從破壞點的迅速蔓延。底漆通常包含基料樹脂、顏填料、工藝用助劑。

環(huán)氧樹脂是目前使用最為廣泛的一種防腐基料樹脂，飛機(jī)蒙皮的底漆大部分采用的都是環(huán)氧樹脂。新型涂層選擇防腐性、力學(xué)性能優(yōu)異的改性環(huán)氧樹脂，在鋁合金上具有更優(yōu)異的附著力和抗沖擊性能，能提高漆膜的抗碰撞性，還具有較好的伸展性，滿足高低溫物理和力學(xué)性能，對鋁合金基材提供良好的封閉性。

為了得到長期有效的防護(hù)，必須添加具有鈍化、絡(luò)合作用的磷酸鋅等防腐顏填料，在鋁合金表面起鈍化作用，延緩腐蝕。除添加防腐蝕顏填料，還添加了低介質(zhì)透過率的磷片狀云母粉。鱗片狀的結(jié)構(gòu)在漆膜中層層重疊，與底材平行或交錯排列，形成復(fù)雜曲折的滲透路徑，使腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路線變得復(fù)雜，延緩?fù)饨绺g因子的滲透。鱗片片徑縱橫越大，涂層的抗?jié)B透性能越強(qiáng)。

在涂料配方中助劑的用量雖然很少，僅占涂料總量的0.1%～2%，卻是涂層中不可或缺的部分。助劑可以預(yù)防涂料缺陷，例如，涂料中存在氣泡、流平性不好、凝絮、沉降等現(xiàn)象。選用硅烷偶聯(lián)劑KH-550作為附著力（黏結(jié)力）增進(jìn)劑，既有類似環(huán)氧樹脂的環(huán)氧官能團(tuán)，也有與硅樹脂相近的硅乙氧基，在體系中可以降低兩相界面的張力，提高相容性。通過硅烷偶聯(lián)劑的親水特性，提高底漆中的環(huán)氧樹脂與鋁合金表面的潤濕性。再通過KH-550中化學(xué)基團(tuán)的作用，使底漆與金屬以化學(xué)鍵結(jié)合，提高底漆對鋁合金表面的附著力（黏結(jié)力）。

面漆的研制

面漆必須具備以下兩個特點：漆膜致密，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，封閉性好，耐磨性好，耐航空潤滑油性好；能滿足耐鹽霧、耐霉菌和耐濕熱的三防要求。

面漆采用改性環(huán)氧聚氨酯涂層體系。將環(huán)氧樹脂與聚氨酯固化劑復(fù)配，制備出的涂層具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性、耐油性、防腐性，與底漆的配套性好。環(huán)氧樹脂中-OH與含-NCO-的聚氨基甲酸酯固化劑起化學(xué)反應(yīng)固化成膜，添加聚四氟乙烯潤滑劑（PTFE）、助劑、耐磨、防腐顏填料和防霉劑等，達(dá)到抗?jié)B透、防腐、耐磨潤滑、防霉等目的。

聚四氟乙烯潤滑劑具有較低的表面能，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和潤滑性，由于氟原子能吸附于基體表面，使聚四氟乙烯潤滑劑在極短的滑動時間內(nèi)，能在基材表面形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜，摩擦系數(shù)低，具有良好的潤滑作用。另外，聚四氟乙烯潤滑劑具有獨特的耐高低溫性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、自潤滑性。但其線性膨脹系數(shù)較大，耐磨性及導(dǎo)熱性差，為了改善該涂層的耐磨性，需添加耐磨顏填料，例如，石墨、金屬氧化物、金屬氟化物等，以有效提高涂層的耐磨性和力學(xué)性能。

集油器用表面耐磨抗腐蝕涂層在工程中的應(yīng)用

對新型涂層按照技術(shù)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行測試考核，考核指標(biāo)和提供的樣件性能均滿足要求，目前已在主減速器上得到應(yīng)用。集油器在返廠分解檢查時，未發(fā)現(xiàn)涂層起泡、脫落、銹蝕、明顯磨損等不良現(xiàn)象，技術(shù)狀態(tài)良好。集油器用表面耐磨抗腐蝕涂層的推廣應(yīng)用，可以提高直升機(jī)主減速器行星系集油器用表面耐磨抗腐蝕涂層研制、開發(fā)技術(shù)水平，具有較好的推廣應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價值。