热喷涂修理法.docVIP

§5.3.2热喷涂修理法 热喷涂技术在项目五中轴流式压气机部件的修理，因此补充这部分内容。 一、热喷涂概述 热喷涂是把丝状或粉状材料，加热到熔化状态，进一步雾化、加速，然后沉积到工件表面的工艺。常见的热喷涂可以将纯金属、合金、氧化物、难熔化合物、有机塑料等喷涂到工件表面，获得耐磨、耐热、、耐氧化、防腐蚀、电绝缘或导电涂层；或用于控制机械零件之间的间隙，恢复零件的尺寸。热喷涂技术与其它技术相比较有一下特点： 喷涂的材料种类多，能适用于各种基体材料；涂层性能用途多； 设备简单，通用性强，操作程序少，速度快，生产效率高； 基体材料变形小，无热变形； 常见的热喷涂有以下几种： 火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、等离子喷焊等。而以火焰喷涂和等离子喷涂应用最为广泛。 二、火焰喷涂 火焰喷涂是以氧气－燃气的火焰为热源，将丝状或粉状材料喷涂在工件表面。 下图是丝喷涂原理示意图。从图中可见，金属丝穿过喷嘴中心，周围是环形火焰，火焰是由氧气－乙炔形成的，外围是压缩空气的通道；当金属丝被火焰加热熔化时，压缩空气就会将其雾化成液态粒子；这些粒子被压缩空气加速喷射到基体上，液态粒子与基体材料撞击，变平并粘附在基体材料表面；后续的液态粒子不断粘结在其上，就会堆积成涂层。 粉末火焰喷涂的热源也是喷枪，只是粉末材料悬浮于载气中，并通过喷嘴送出；当粉末进入火焰后，立即熔化并被喷射到工件表面。 常用的燃气是乙炔、氢气或丙烷。这些燃气与氧混合，其燃烧的温度各不相同。见下表： 表1 不同燃气的火焰温度 燃烧气体 火焰温度（℃） 燃烧气体 火焰温度（℃） 燃烧气体 火焰温度（℃） 氧－乙炔 3100 氧－氢气 2700 氧－丙烷 2760 三、等离子喷涂 以电弧等离体为热源，将喷涂材料喷在工件表面的工艺是等离子喷涂。 下图是等离子喷涂原理示意图。从图中可见，钨阴极和铜阳极（喷嘴）之间的直流电，产生电弧，工作气体和粉末进入等离子火焰，并迅速熔化，随着火焰喷向工件表面。其涂层形成机理与火焰喷涂相同。下表是火焰喷涂与等离子喷涂工艺性质的比较。 表2 火焰喷涂与等离子喷涂工艺性质的比较 热喷涂种类 粒子速度 （m/s） 最高温度 （℃） 备 注 丝材火焰喷涂 240 2276～2871 优点：设备简单，操作方便，成本低； 缺点：温度低、喷射速度小，涂层的粘结力差；涂层与基体材料氧化严重。适于喷涂塑料层；或喷涂后再进行熔融处理的金属涂层。丝材喷涂的质量比粉末喷涂好，其涂层密度和粘结力都大于后者。 粉末火焰喷涂 24～36 2537～2649 等离子喷涂 488 ＞11093 等离喷涂传递给基体材料的热量少，能防止基体材料的氧化和过热；涂层密度大，粘结力大。但成本高。 四、热喷涂技术在航空发动机修理中的应用 热喷涂技术在航空发动机修理中，已经称为延长发动机使用寿命，提高发动机性能和效率的不可缺少的技术。仅举数例说明其应用。 耐磨涂层 为了消除WP－7发动机1级空心精密铸造涡轮叶片的叶冠磨损，在其表面用等离子喷涂钴铬钨高温耐磨涂层； 斯贝发动机压气机低压1、4级，高压1级转子叶片阻尼台端面，用等离子喷涂碳化钨84/钴16涂层，起到了很好的防止机械磨损作用。因为，发动机运转时，振动会引起叶片阻尼台端面摩擦。 通常碳化钨/钴涂层用于450以下，是一种中温涂层；高温涂层中有碳化铬加镍铬、钴铬钨、镍铬硼硅，可用于800度左右；其中镍铬－碳化钨涂层在845度，1400Kg/cm2负载下，工作10小时，展现了优异的耐磨性。 耐热涂层 在我国航空发动机翻修中，用等离子喷涂法，给火焰筒三段组件，喷涂氧化锆涂层，其效果很显著。 英国给RB211发动机，燃烧室衬套表面，采用镍铬铝结合底层和氧化镁/氧化锆覆盖涂层后，翻修寿命由1000小时提高到4000～5000小时。 这是因为，现代航空发动机要尽可能的提高涡轮前温度，以增大发动机的推力。因此，其燃烧室的温度也应提高。尽管采用高温材料，仍难满足使用要求。上述例子就是采用高温涂层，提高高温部件耐热性，并防止裂纹和变形，延长使用寿命的方法。 高温防蚀涂层 据某航空发动机修理厂统计，活塞式发动机（活5、7、8）进气门在翻修时发现严重腐蚀。其腐蚀深度达0.3mm,造成进气门报废率达15％以上。进气门的材料是3Cr13Ni7Si2，工作温度2300～1400度，修理中曾经采用车削去腐蚀坑的方法，保持进气门顶面厚度不小于4.5mm的方法，但使用不久后又产生腐蚀；工厂后来还采用过喷涂W61－25硅胶的方法，但都未能有效的防止腐蚀。 后来，工厂采用等离子喷涂耐高温腐蚀的镍包铝的方法，修复进气门。经过255小时长试后检验，涂层良好，钨腐蚀现象。发动机在外场使用一个翻修期后，检查发现涂层良好，无腐蚀。实践证明这种方法很有效。 可