摘 要:结合飞机起落架的生产实践,梳理了工艺流程,规范了工艺操作和检验验收方法,概括地总结了HVOF喷涂的工艺和质量控制,通过对产品在喷涂前准备、喷涂操作过程和喷涂后处理进行硬件控制和软件控制,有效地提高了产品的合格率,保证了喷涂后产品的质量。
关键词:HVOF(超声速火焰喷涂);起落架;工艺控制
HVOF喷涂(即超声速火焰喷涂)工艺是一项新的镀覆工艺,与传统的镀铬工艺相比,HVOF喷涂的金属陶瓷(例如钨钴铬合金)涂层孔隙率小、结合强度高、硬度高、沉积速率高,HVOF喷涂由于不接触酸性溶液、不与电流接触,避免了氢脆对零件的影响。另外,由于镀铬工艺对环境造成严重的污染,受到越来越严格的限制,因此HVOF喷涂是镀硬铬层的理想替代工艺。
近年来,HVOF喷涂工艺已经开始在飞机起落架的制造中应用,并在一些零件制造中代替镀硬铬工艺。在实施工艺控制的过程中,为使工艺控制落到实处,达到最佳强化效果,对HVOF喷涂工艺的硬件、软件提出了具体要求。通过严格工艺控制环节(即对HVOF喷涂的操作与工艺标准、质量规范等文件的一致性实施监督控制),保证了HVOF喷涂的质量,提高了航空零部件的使用寿命。工艺控制流程见图1。
1 硬件的工艺控制
硬件的工艺控制包括喷涂设备、喷涂材料及用于强化质量检验和控制的试样等。
111 喷涂设备
喷涂设备如图2所示,应能达到下列各项要求。
1)等离子喷枪应安装在自动行走机构上,能够充分的控制。
2)喷涂系统作业时能够自动且连续配备喷涂所需的气体或燃料。
3)送粉器能够保持送粉量稳定。
4)能使被喷涂的零件表面按要求获得均匀的覆盖率。
5)吹砂过程中设备能稳定连续地发射吹砂颗粒。
1.2 喷涂材料
1)气体和燃料:氩气、氮气、氧气的纯度应大于99.9%,使用航空煤油为燃料。
2)涂层粉未:使用WC-10Co4Cr(团聚烧结粉末),粉未应干燥,流动性好并能充分混合均匀。
3)喷砂材料:54~60刚玉砂。
4)磨粒及环氧树脂粘合剂、封严剂材料、热反射-耐喷涂胶带、橡胶衬底的耐吹砂胶带、环氧树脂粘合剂等应符合要求。
1.3 试样控制
1)试样材料
300M钢与A-100钢材料试样,N型Almen试片。
2)试样规格的控制
a.测量结合力的试样规格应为1.3 mm*25mm*76 mm的300M钢或A-100钢,要求热处理后的硬度\40 HRC并不高于零件基材的硬度。
b.测量金相可用与零件基材相同、状态一样的材料,要求试样热处理的硬度>40 HRC。
c.其他试验的试样规格按规定的要求制作。
3)喷砂处理
喷砂压力为0.42~0.55 MPa,距离为100~150 mm,工装转速为100 r/min,喷砂枪移动速度为1 000 mm/min,用干净的压缩空气清洁试样表面,去除粉尘与残留砂粒,测量试片表面粗糙度应为Ra3.0~3.8Lm。
4)试样喷涂
喷砂后的试样必须在4 h内进行喷涂,应尽可能使用与零件同样的喷涂工艺进行喷涂。
5)试样检测
a.涂层厚度:使用千分尺(表)测量,厚度应不小于200Lm。b.涂层孔隙率:利用FEI Quanta600扫描电镜系统进行扫描计算(金相照片见图3),结果应小于1%。
c.涂层显微硬度:涂层的显微硬度应大于950 HV300。
d.涂层结合强度:至少用3个镀层厚度大于0120 mm的试样做结合强度试验,涂层的结合强度应不小于70 MPa。
e.涂层结合力:涂层的结合力是通过试样的弯曲试验进行的,180b弯曲时的边缘允许有少量的脱落,中心部位可以有纵向的裂纹,但不允许有涂层剥落(检测示意图见图4)。
f.涂层残余应力:对于0.127 mm厚的涂层,N型Almen试片合格的弧高值应为+0.15~0.38mm。
2 软件的质量控制
2.1 人员考核
进行喷涂的操作人员、技术人员、检验人员均应接受设备操作和喷涂工艺的培训,经考核后持证上岗。
2.2 技术条件、标准等资料的控制
在喷涂过程中,应严格执行技术条件、标准手册等技术资料中的规范。现行技术文件主要是Q/GZYSY64-20075超高强度钢上碳化钨涂层的超音速火焰喷涂6、5超高强度钢上碳化钨涂层的磨削加工6、5典型工艺规程6等。
2.3 喷前控制
所有的冶金处理过程,包括热处理、喷丸等应该在喷前完成,理想的热涂层应是涂敷到零件上的最后涂层,但在相邻涂层为漆层时的情况例外。1)热涂层相邻层为漆层时,漆层的涂覆应当在热涂层完成后进行,并应覆盖相邻3.175 mm宽的热涂层。如果在热沉积后进行湿化学处理,则保护热涂层以防止与所涉及的溶液的接触。2)检查压缩空气质量,喷枪、冷却风管状况等,检查冷却水质导电率<5Ls/cm2。3)应在喷前3 h将粉末置于110e烘箱内进行烘干,保存2 h后冷却至室温。4)喷涂产品在工装上按要求安装好后,喷涂表面须彻底除去湿气、油、胶、灰尘、氧化皮和其他异物。最后的清理应该在喷涂前的4 h内进行。清理过程不应该导致涂层表面产生氢脆或其他有害表面污染。
2.4 工艺过程控制
HVOF喷涂工艺过程(喷涂作业现场如图5)与其他特种工艺过程一样,直接检查产品不可能得到足够的质量控制,必须采用特殊的测量手段并对各个生产工序、生产环节进行严格控制和检查,以保证产品最终喷涂强化结果(见图6)。
1)对于非喷涂部位,必须使用遮挡或工装等进行保护。
2)喷涂过程中,喷距(喷枪出口与工件之间的距离)必须保持不变。
3)预热:用喷枪将喷涂部位加热到50~60e,此时严禁送粉。
4)工艺参数控制氧气流量: 740L/min;煤油流量:18 L/min;氮气流量:4.6 L/min;送粉盘送粉百分率:24%;送粉搅拌轮转速:60 r/min;喷涂距离:380 mm;喷枪移动速度:41 mm/s;零件转动速度:395 r/min。
5)喷涂层厚度必须有足够余量来满足加工要求,加工好的涂层厚度应不小于0.075 mm。
a1对于零件上涂层为可选的部位,不受最小涂层厚度的限制。b1喷涂角度为90b?5b,对于圆柱状零件,角度为相对于圆柱的中心线。c1喷涂过程必须连续,除非为了测量涂层厚度或冷却需要。
6)温度控制
利用Raytek红外测温仪来检测零件表面的温度,当检测到零件温度接近150e时,就停止喷涂,但零件继续保持冷却,待冷却到60~80e时继续喷涂。
2.5 表面磨削加工
1)准备工作
保护零件用的涂层和其他异物在磨削加工前必须去除,以免污染冷却液和砂轮,清理用材料不应腐蚀或退化涂层。当工艺处理之间的延迟可能导致腐蚀的发生时,零件必须在清理后适当保护。2)必须用合适的方式保护零件非加工部位。3)控制磨削参数使加工后的表面粗糙度在Ra0.2Lm以下。
2.6 退除涂层的控制
1)只要所有的原始基体材料状态可以保持,容许使用磨或其他方法进行机械退涂层。
2)可以使用Rochelle盐法进行电化学退除涂层,特定的溶液可能对其他电镀层,漆膜或表面处理区域有影响,因此需要对这些地方进行遮蔽处理。
3 检验验收
3.1 外观检查
喷涂后的零件需在天然散射光线或无反射光的白色透射光线下进行100%目视检查,不符合要求的涂层必须按要求退去涂层,经检查后重新喷涂。
检查的具体要求如下。
1)涂层必须均匀、连续、与基体结合良好。
2)基体材料不允许出现变色或过热现象。
3)涂层表面不允许出现分层、脱落、裂纹或翘起。
3.2 表面粗糙度检查
使用Ra小于0.05Lm的表面粗糙度仪测量涂层表面粗糙度,涂层表面粗糙度Ra应[3.2Lm,若涂层的表面粗糙度过大可能意味着涂层质量发生了变化,需要彻底检查设备情况,并按照试样检测的方法进行批次性验证。
3.3 涂层厚度检查
使用精度为2Lm的指示千分尺(表)测量零件上至少3个部位的涂层厚度,涂层厚度应\200Lm,不符合要求的涂层必须按要求退去涂层,经检查后重新喷涂。
4 结语
随着HVOF喷涂技术在多种型号起落架研制生产中的应用,工艺水平也不断完善提高、质量控制进一部加强,从而提高了生产能力、也保证了产品质量。
参考文献略
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