翟敏 安浩

(航空工業(yè)西飛熱表處理廠(chǎng),陜西西安 710089)

民用以及軍用航空飛機(jī)的起落架作動(dòng)筒、襟翼滑軌等重要結(jié)構(gòu)部件常采用超高強(qiáng)度鋼或鈦合金來(lái)制造,以滿(mǎn)足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。傳統(tǒng)的表面防護(hù)措施是進(jìn)行表面電鍍硬鉻處理,但是電鍍硬鉻工藝成本高、周期長(zhǎng)并且容易導(dǎo)致材料的氫脆和嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,所以對(duì)于鈦合金及超高強(qiáng)度鋼的表面防護(hù)必須采用新方案來(lái)替代。目前超音速火焰噴涂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于起落架、活塞桿、柱塞、艙門(mén)插銷(xiāo)、阻力板和鈦合金襟翼滑軌等零部件。

本文通過(guò)顯微硬度、孔隙率、以及結(jié)合強(qiáng)度的對(duì)比,尋找電鍍鉻以及超音速火焰噴涂技術(shù)的差距。

1 試驗(yàn)設(shè)備及材料

HVOF采用DJ2700系統(tǒng),碳化鎢粉末采用Sulzer Metco(US)INC.提供的,試樣使用的試樣材料為300M鋼,金相試樣、彎曲結(jié)合力試樣尺寸為100mm×25mm×1mm,結(jié)合強(qiáng)度試樣為φ25.4mm×50mm。

2 試驗(yàn)方法

火焰噴涂試樣采用吹砂-保護(hù)-噴涂工藝流程,涂層厚度應(yīng)為50 μm-76 μm。電鍍鉻采用電解除油-陽(yáng)極活化-鍍鉻-干燥工序進(jìn)行,鍍層厚度為20 μm-60 μm。

表1 顯微硬度值對(duì)比(HV0.3)

表2 孔隙率比較(%)

2.1 顯微硬度

準(zhǔn)備5塊規(guī)格為25mm×100mm×1.0mm的300M鋼進(jìn)行噴涂,顯微硬度的測(cè)定依照ASTM E384 11ε1,試樣顯微硬度的結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出,超音速火焰噴涂試樣顯微硬度平均值為1129.4HV0.3,電鍍鉻試樣顯微硬度平均值為839.2HV0.3,超音速火焰噴涂顯微硬度明顯高于電鍍鉻。

2.2 孔隙率

孔隙率是來(lái)表征涂層的致密程度,也是判斷涂層質(zhì)量重要指標(biāo)。本文中電鍍鉻層試樣根據(jù)GB5936-86采用濕潤(rùn)濾紙貼置法評(píng)價(jià)鍍層孔隙率大小,超音速火焰噴涂涂層采用金相顯微鏡的相分析功能對(duì)涂層照片的孔隙率進(jìn)行測(cè)定。

表2為兩類(lèi)涂層孔隙率的比較,從表2可以看出,超音速火焰噴涂碳化鎢涂層孔隙率很低在0.3%左右,超音速火焰噴涂制備試樣的孔隙率低于電鍍鉻涂層。

2.3 孔隙率與顯微硬度的關(guān)系

圖1是孔隙率和顯微硬度的關(guān)系,從圖1中可以看出,涂層的顯微硬度隨著孔隙率的升高而降低?；鹧鎳娡客繉拥娘@微硬度主要取決于W C顆粒的分布以及C o相的結(jié)合狀況。當(dāng)孔隙率較大時(shí),測(cè)量壓頭會(huì)更加容易壓入涂層造成壓痕變大,得到的顯微硬度值下降。因此,孔隙率越低,越致密的涂層其顯微硬度就越高。

2.4 結(jié)合強(qiáng)度

結(jié)合強(qiáng)度是衡量涂層與基體及涂層層間結(jié)合力大小的性能指標(biāo),采用AS TMC6 33-題2測(cè)定方法可簡(jiǎn)便直觀地測(cè)定涂層間結(jié)合及涂層與基體結(jié)合的狀態(tài),定量的評(píng)價(jià)涂層的結(jié)合強(qiáng)度。試樣的粘接如圖2所示,涂層的結(jié)合強(qiáng)度為5個(gè)試樣測(cè)得的平均值。

表3為兩類(lèi)涂層結(jié)合強(qiáng)度的比較,火焰噴涂碳化鎢涂層的結(jié)合強(qiáng)度大約為79.74MPa,電鍍鉻層結(jié)合強(qiáng)度為69.8MPa。涂層結(jié)合力的大小與顆粒的熔化狀態(tài)有關(guān),局部半熔化狀態(tài)的顆粒顯示較高結(jié)合力,同時(shí)局部熔化狀態(tài)的顆粒在高速焰流的作用下對(duì)基體產(chǎn)生噴丸效應(yīng),導(dǎo)致壓應(yīng)力的產(chǎn)生,亦有利于結(jié)合力的增加。

圖1 顯微硬度與孔隙率的關(guān)系

2.5 成本比較

對(duì)于航空工業(yè)來(lái)說(shuō),采用超音速火焰噴涂技術(shù)替代電鍍鉻后,減少成本主要來(lái)自于不需要熱處理解決氫脆問(wèn)題,同時(shí)減少了生產(chǎn)時(shí)間以及庫(kù)存費(fèi)用,相對(duì)于環(huán)境污染有所改善,因此對(duì)于飛機(jī)起落架等大型部件來(lái)說(shuō)節(jié)省成本非常明顯。

2.6 前景展望

圖2 結(jié)合強(qiáng)度試樣粘接

表3 結(jié)合強(qiáng)度(MPa)

隨著人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高,對(duì)工業(yè)環(huán)保的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。電鍍鉻產(chǎn)生的Cr6+離子及其廢水的排放也會(huì)受到越來(lái)越嚴(yán)格的控制,著將在很大程度上制約著傳統(tǒng)電鍍鉻的發(fā)展和應(yīng)用。目前,在大工件的制備上,超音速火焰噴涂技術(shù)替代電鍍鉻在性能以及成本上有一定優(yōu)勢(shì),但對(duì)于小型的形狀復(fù)雜的工件,電鍍鉻仍有它的優(yōu)越性。超音速火焰噴涂所制備的涂層質(zhì)量?jī)?yōu)越,可以說(shuō)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ谋砻嫣幚砑夹g(shù)之一,隨著此種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被熟知,其在工業(yè)上的應(yīng)用也必然越來(lái)越廣泛。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)超音速火焰噴涂碳化鎢由于具有較高的速度,所以粉末在沉積過(guò)程中擁有較大的動(dòng)能,在撞擊基體表面時(shí),粒子平鋪較薄,與基體結(jié)合非常緊密,使得涂層的孔隙率小,約為0.3%左右,遠(yuǎn)小于電鍍鉻涂層,顯微硬度高于電鍍鉻層;(2)涂層局部半熔化狀態(tài)使得超音速火焰噴涂結(jié)合強(qiáng)度高于電鍍鉻層;(3)超音速火焰噴涂噪音過(guò)大,電鍍硬鉻工藝一方面存在成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題,另一方面是容易導(dǎo)致材料的氫脆和嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。

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