熱噴涂技術(shù)在飛機(jī)輪轂軸承孔修理中的應(yīng)用

摘 要：對于嚴(yán)重腐蝕和磨損的飛機(jī)輪轂軸承安裝孔，從其熱噴涂涂層性能要求出發(fā)，分析了可應(yīng)用的熱噴涂技術(shù)，介紹了飛機(jī)輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程，分析了飛機(jī)輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理的質(zhì)量控制要求。

關(guān)鍵詞：熱噴涂技術(shù)；輪轂；修理；應(yīng)用

引言

熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，依靠熱源自身或外加的壓縮氣流，將其以一定的速度噴射到經(jīng)預(yù)處理的基體表面，形成具有足夠結(jié)合強(qiáng)度和特定性能的涂層。熱噴涂涂層具有耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)良性能，并能對工件因磨損和腐蝕等引起的尺寸變化進(jìn)行修復(fù)，在航空航天、機(jī)械制造、交通等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

飛機(jī)輪轂長時(shí)間使用后，輪轂軸承安裝孔會(huì)出現(xiàn)腐蝕或磨損。對于嚴(yán)重腐蝕和磨損，通常采用加裝鋼襯套來修理輪轂軸承安裝孔。每次加裝鋼襯套修理，需要加工去除輪轂基體上的損傷和腐蝕。鋼材料較硬，并且鋼襯套外徑表面若有損傷，容易損傷輪轂軸承安裝孔。輪轂軸承安裝孔修理有一定的極限尺寸，加裝鋼襯套修理輪轂軸承安裝孔會(huì)縮短半輪轂的使用壽命。從修理飛機(jī)輪轂軸承安裝孔的熱噴涂涂層性能要求出發(fā)，分析可應(yīng)用的熱噴涂技術(shù)，介紹輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程，分析輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理的質(zhì)量控制。

1 飛機(jī)輪轂軸承安裝孔的熱噴涂涂層性能要求

飛機(jī)機(jī)輪主要用于在地面支撐飛機(jī)并使飛機(jī)能夠在地面滑行。在使用過程中，機(jī)輪會(huì)承受較大的靜載荷、動(dòng)載荷和沖擊載荷。機(jī)輪主要是由輪轂和輪胎組成。輪轂上安裝有內(nèi)、外側(cè)軸承。機(jī)輪通過軸承與起落架輪軸配合。施加在飛機(jī)輪轂軸承安裝孔上的熱噴涂涂層會(huì)承受較大的靜載荷、動(dòng)載荷和沖擊載荷。

飛機(jī)輪轂材料是鋁合金。熱噴涂涂層與輪轂鋁合金基體要有較高的結(jié)合強(qiáng)度，涂層應(yīng)有較高的硬度，涂層應(yīng)具備較好的耐磨損及耐腐蝕性能。如霍尼韋爾公司標(biāo)準(zhǔn)施工手冊規(guī)定，熱噴涂涂層與輪轂鋁基體的結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)不小于34.5MPa，涂層硬度應(yīng)為70-90HRB，涂層孔隙率應(yīng)不大于10%，氧化物含量應(yīng)不大于40%[1]。

2 飛機(jī)輪轂軸承安裝孔修理應(yīng)用的熱噴涂技術(shù)

飛機(jī)輪轂軸承安裝孔基體材料為鋁合金。熱噴涂涂層材料應(yīng)與鋁合金基體有較好的浸潤性和兼容性。常用的噴涂材料為鎳鋁合金（95%鎳，5%鋁）、鋁硅合金（5%-12%硅）。熱噴涂技術(shù)應(yīng)與噴涂材料匹配。應(yīng)用于輪轂軸承安裝孔修理的熱噴涂技術(shù)應(yīng)確保熱噴涂涂層性能滿足要求。滿足輪轂軸承安裝孔修理要求的熱噴涂技術(shù)有等離子噴涂、高速火焰噴涂和超音速電弧噴涂等。

（1）等離子噴涂是采用由直流電驅(qū)動(dòng)的等離子電弧作為熱源，將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，以高速噴射并沉積到預(yù)先處理過的工件表面上。等離子噴涂具有超高溫特性，噴射粒子的速度高，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度大致范圍為60-77MPa，涂層孔隙率大致范圍為2%-3%[2]。（2）高速火焰噴涂（HVOF）是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作為氧化劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生高溫高速燃燒焰流，其燃燒焰流速度可達(dá)2000m/s以上，將噴涂粉末送進(jìn)焰流中，產(chǎn)生熔融或半熔融的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)100MPa，涂層孔隙率大致范圍為1%-5%[2]。（3）超音速電弧噴涂是集成常規(guī)電弧噴涂和高速火焰噴涂的噴涂技術(shù)。采用燃料和空氣的混合氣燃燒產(chǎn)生的超音速射流，霧化電弧熔融的粒子并對粒子進(jìn)行加速，使熔融的高速粒子噴射到基體表面形成致密的涂層。涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60MPa，涂層孔隙率小于1%[3]。

3 飛機(jī)輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程

（1）加工輪轂軸承安裝孔，直到完全去除損傷和腐蝕。盡可能少地去除材料。加工后的尺寸必須在輪轂部件維護(hù)手冊規(guī)定的尺寸限制范圍內(nèi)。（2）渦流探傷或滲透探傷檢查輪轂軸承安裝孔加工區(qū)域。確保加工區(qū)域無裂紋等缺陷。（3）按輪轂部件維護(hù)手冊噴丸強(qiáng)化規(guī)定區(qū)域。（4）噴砂粗化待熱噴涂區(qū)域。確保無砂粒嵌入噴砂表面。（5）清潔待熱噴涂區(qū)域。確保無水分、滑油、油脂、砂粒等。（6）根據(jù)需要，將半輪轂預(yù)熱到規(guī)定溫度。（7）將半輪轂裝在能使半輪轂以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的夾具上。（8）在噴砂粗化后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使用合適的噴涂材料進(jìn)行熱噴涂。若采用底部粘結(jié)層和面層結(jié)構(gòu)，在噴涂底部粘結(jié)層后應(yīng)立即噴涂面層。噴涂速度應(yīng)根據(jù)噴涂材料和熱噴涂方法進(jìn)行設(shè)定。確保受熱噴涂影響的輪轂區(qū)域溫度不超過規(guī)定值。熱噴涂輪轂軸承安裝孔到規(guī)定尺寸。（9）將熱噴涂后的輪轂軸承安裝孔加工到規(guī)定尺寸。（10）檢查熱噴涂涂層質(zhì)量。確保無裂紋、松動(dòng)顆粒、剝落等缺陷。

4 飛機(jī)輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理質(zhì)量控制

4.1 熱噴涂修理前試樣測試

在對輪轂軸承安裝孔進(jìn)行熱噴涂修理前，應(yīng)制作與輪轂相同材料的直徑為25毫米的試樣，對試樣進(jìn)行測試確定應(yīng)用于輪轂軸承安裝孔修理的熱噴涂工藝參數(shù)。試樣的噴涂條件應(yīng)與輪轂軸承安裝孔的噴涂條件一致。試樣的熱噴涂涂層厚度應(yīng)與最大允許完工涂層絕對厚度一致。試樣應(yīng)進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度和顯微結(jié)構(gòu)冶金測試。至少3個(gè)試樣進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度測試。至少1個(gè)試樣進(jìn)行顯微硬度和顯微結(jié)構(gòu)冶金測試。在熱噴涂方法、設(shè)備和噴涂材料發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)制作試樣進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度和冶金測試。

4.2 熱噴涂工藝參數(shù)控制

熱噴涂工藝參數(shù)是決定涂層質(zhì)量的關(guān)鍵。需要對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和控制，保證被噴涂的材料粒子都能加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，高速射向基體并均勻地沉積，形成致密的與基體有良好結(jié)合的涂層。對于等離子噴涂，在特定設(shè)備、噴槍和噴涂材料條件下，影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)為電弧功率、工作氣體流量、送粉氣流量、噴槍與工件距離以及噴槍與工件的相對移動(dòng)速度等。對于高速火焰噴涂，影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)為氧氣和燃料的比例、送粉量、噴槍與工件距離等。對于超音速電弧噴涂，影響涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)為噴槍、空氣壓力、電流、噴槍與工件距離等。

4.3 輪轂軸承安裝孔熱噴涂前表面處理

熱噴涂涂層與基體的結(jié)合主要為機(jī)械結(jié)合。輪轂軸承安裝孔熱噴涂前需進(jìn)行凈化和粗化處理。凈化處理確保輪轂軸承安裝孔表面干凈。粗化處理使輪轂軸承安裝孔表面粗造化，提供更多的“拋錨”咬合點(diǎn)。輪轂軸承安裝孔采用噴砂粗化，應(yīng)對砂粒材料、噴砂壓力和噴砂角度等進(jìn)行控制。

5 結(jié)束語

應(yīng)用合適的熱噴涂技術(shù)，能夠獲得滿足結(jié)合強(qiáng)度要求、具有較好的耐磨損及耐腐蝕性能的涂層，可以修復(fù)飛機(jī)輪轂軸承安裝孔。對于大中型飛機(jī)維修單位，應(yīng)用熱噴涂技術(shù)對飛機(jī)及其零部件進(jìn)行表面處理和修復(fù)，具有積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]HONEYWELL標(biāo)準(zhǔn)施工手冊32-49-01[Z].

[2]李君.熱噴涂技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展調(diào)研分析[D].吉林大學(xué)，2015.

[3]查柏林，王漢功，楊暉，等.超音速電弧噴涂技術(shù)[J].機(jī)械工人，2002（6）.

作者簡介：楊先學(xué)，工程師，主要從事飛機(jī)起落架附件維修開發(fā)及技術(shù)支援工作。