化學(xué)法去除碳化鎢-鈷涂層的工藝

李晗曄*，冮冶，劉志強(qiáng)

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

化學(xué)法去除碳化鎢-鈷涂層的工藝

李晗曄*，冮冶，劉志強(qiáng)

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

采用化學(xué)法分別去除GH4169合金及TC4合金基材表面的WC-Co等離子噴涂層。通過正交試驗(yàn)對(duì)去除液配方和處理溫度進(jìn)行優(yōu)化。GH4169基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝條件為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝條件為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度30 ℃。采用上述工藝可有效去除GH4169和TC4表面的WC-Co涂層，對(duì)基體無明顯的化學(xué)腐蝕，不會(huì)導(dǎo)致基體吸氫。1 L去除液可處理約10 dm20.3 mm厚的WC-Co涂層。

鈦；高溫合金；碳化鎢；鈷；等離子噴涂層；去除

WC-Co金屬陶瓷涂層由于具有良好的耐磨損抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、石油化工、機(jī)械等領(lǐng)域。WC-Co涂層中的WC陶瓷相具有能和金剛石媲美的硬度，而Co金屬則可提供涂層所需的韌性和結(jié)合強(qiáng)度，因此該涂層被廣泛用于修復(fù)損傷零件和具有高耐磨性要求的零部件[1-3]。某大修機(jī)級(jí)間封嚴(yán)環(huán)、后機(jī)匣等零部件在1個(gè)飛行周期后，就需要進(jìn)行WC-Co涂層返修。對(duì)零件的殘余舊涂層，目前多采用機(jī)械打磨后再吹砂的方法去除。采用機(jī)械法去除易導(dǎo)致零件變形、壁厚減薄和表面完整性變差，會(huì)對(duì)后期零件的裝配和使用過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性產(chǎn)生不利影響。

化學(xué)法去除各類涂層是國(guó)內(nèi)外常用的工藝手段之一[4-6]，只要遵循對(duì)基體損傷在合理范圍內(nèi)及工藝過程可控的原則，通過選取適宜的腐蝕溶液與工藝過程即可快速有效地去除各類涂層，避免機(jī)加過程對(duì)零件的損害。WC-Co涂層中Co以金屬單質(zhì)形式存在，易與氧化性酸發(fā)生反應(yīng)生成Co2+離子，從而使涂層在腐蝕反應(yīng)過程中逐漸分解。本文通過涂層去除的正交試驗(yàn)，考察了反應(yīng)溶液、處理溫度等因素對(duì)以GH4169、TC4為基體材料的WC-Co涂層去除效果的影響，確定了合理的化學(xué)法去除WC-Co涂層的工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 基體材料

基體材料為50 mm × 50 mm × 5 mm的某型機(jī)用GH4169和TC4合金，其表面預(yù)先通過等離子噴涂0.3 mm厚的WC-Co涂層。

1.2 工藝流程

除油—水洗—酸洗除涂層—流動(dòng)冷水洗—中和—清理—熱水洗—吹干。

1.3 去除涂層的酸洗液配方和工藝

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

以除凈WC-Co涂層的時(shí)間為指標(biāo)，按L9(43)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，考察去除液中硝酸含量、雙氧水含量和去除溫度對(duì)GH4169和TC4合金基WC-Co涂層去除效果的影響，以確定合理的化學(xué)法去除WC-Co涂層工藝。

1.5 檢測(cè)方法

由于涂層外觀與基體材料之間的差別顯著，可先通過目視判斷涂層是否去除干凈，再采用德國(guó)LEICA公司DMI500M型金相顯微鏡進(jìn)一步觀察化學(xué)法去除涂層的效果和對(duì)基體材料表面狀態(tài)的影響。采用RH-404型定氫儀(美國(guó)LECO公司)檢測(cè)基材的含氫量(體積分?jǐn)?shù))。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 1 Results of orthogonal test and range analysis

由表1中各因素的極差可知，影響GH4169、TC4合金基WC-Co涂層去除效果的主次因素分別為：雙氧水含量 > 溫度 > 硝酸含量，溫度 > 雙氧水含量 > 硝酸含量。從各因素的均值看，GH4169基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃或45 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度40 ℃?？紤]到反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度太高會(huì)影響操作環(huán)境，因此選定前者的處理溫度為35 ℃，后者的處理溫度為30 ℃。在最優(yōu)工藝條件下，GH4169、TC4合金基WC-Co涂層除凈的時(shí)間分別為28 min和30 min。

2.2 涂層去除工藝對(duì)TC4基體含氫量的影響

由于鈦合金材料對(duì)氫較為敏感，在酸溶液中存在吸氫的可能。為避免由于氫脆而造成鈦合金材料發(fā)生脆性斷裂，考察了化學(xué)法去除WC-Co涂層對(duì)TC4基體含氫量的影響。在35 ℃下，采用30 mL/L HNO3+ 550 mL/L H2O2酸洗液分別對(duì)TC4合金和鍍覆有WC-Co涂層的TC4合金進(jìn)行酸洗處理，酸洗不同時(shí)間后TC4合金的含氫量如表2所示。從表2可知，采用試驗(yàn)確定的槽液配方去除WC-Co涂層后，TC4材料未明顯增氫，說明該法去除WC-Co涂層對(duì)基體含氫量沒有影響，即該法不會(huì)增加TC4合金零件的脆性。

表2 WC-Co涂層去除液對(duì)TC4基體含氫量的影響Talbe 2 Effect of WC-Co coating removal solution on hydrogen content of TC4 substrate

2.3 涂層去除工藝對(duì)基體表面狀態(tài)的影響

圖1所示為2種空白合金試樣和采用上述最佳工藝去除表面WC-Co涂層后2種合金材料的截面形貌。從圖1可知，涂層去除液對(duì)2種合金表面的腐蝕都不明顯，因此采用正交試驗(yàn)確定的槽液配方去除 WC-Co涂層，對(duì)GH4169、TC4基體材料的表面狀態(tài)沒有不良影響。

圖1 不同試樣的截面形貌Figure 1 Cross-section morphologies of different samples

值得注意的是，H2O2氧化性極強(qiáng)，試片從槽液中取出后，脫落的涂層物質(zhì)仍與溶液持續(xù)發(fā)生有氣體逸出的化學(xué)反應(yīng)，待反應(yīng)終止后，槽液基本失效，很難再進(jìn)行槽液調(diào)整，因此槽液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用。初步估算得知，在本試驗(yàn)條件下，1 L槽液可腐蝕約10 dm2厚為0.3 mm的WC-Co涂層。

3 結(jié)論

(1)化學(xué)法去除GH4169合金基WC-Co涂層的最優(yōu)工藝為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度30 ℃。

(2)采用化學(xué)法去除WC-Co涂層不會(huì)對(duì)GH4169、TC4基體造成腐蝕，對(duì)鈦基體含氫量也無影響。

(3)1 L槽液可腐蝕約10 dm2、0.3 mm厚的WC-Co涂層。

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[1]王浩洋, 蘇濱.1Cr9MOVNbN葉片WC-Co防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)與性能研究[J].焊接, 2010 (10): 33-36.

[2]裴延波, 陳浩, 王長(zhǎng)江, 等.WC-Co涂層的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].石油化工腐蝕與防護(hù), 2011, 28 (1): 1-4, 8.

[3]陳山.熱噴涂涂層在航空修理上的應(yīng)用[J].航空維修與工程, 2003 (6): 32-33.

[4]陳國(guó)強(qiáng).粉末涂層的退除[J].電鍍與環(huán)保, 1994, 14 (6): 33-35.

[5]任華.化學(xué)法去除葉片氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物的工藝研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2013 (19): 4-5.

[6]劉陽(yáng), 譚敦強(qiáng), 陸德平, 等.化學(xué)法去除廢舊硬質(zhì)合金表面TiN涂層過程中的腐蝕行為[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程, 2013, 18 (1): 20-25.

Removal of tungsten carbide-cobalt coating by chemical method

LI Han-ye*, GANG Ye, LIU Zhi-qiang

The plasma sprayed WC-Co coatings on surface of GH4619 and TC4 alloys were removed by chemical method.The removal bath composition and treatment temperature were optimized through orthogonal test.The optimal process conditions are HNO330 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 35 ℃ for removing WC-Co coating from GH4619 alloy substrate, and HNO370 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 30 ℃ for TC4 substrate.The WC-Co coatings on the surfaces of both GH4169 and TC4 can be removed effectively by using the given processes.There is no obvious chemical corosion and hydrogen absorption phenomena on the substrates during removal processing.1 L removal solution can be used to treat about 1 dm2of 0.3 mm-thick WC-Co coating.

titanium; superalloy; tungsten carbide; cobalt; plasma sprayed coating; removal

Technical Center of AVIC Shenyang Liming Aero-Engine (Group)Corporation Ltd., Shenyang 110043, China

TG174.36

A

1004-227X (2015)05-0269-03

2014-08-28

2014-12-10

李晗曄（1979-），女，河北保定人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)零部件的表面腐蝕與防護(hù)。

(E-mail)li_hanye@sina.com。

周新莉]