供需大厅

登录/注册

公众号

更多资讯,关注微信公众号

小秘书

更多资讯,关注荣格小秘书

邮箱

您可以联系我们 info@ringiertrade.com

电话

您可以拨打热线

+86-21 6289-5533 x 269

建议或意见

+86-20 2885 5256

顶部

荣格工业资源APP

了解工业圈,从荣格工业资源APP开始。

打开

提高易磨损、腐蚀性航空环境中的零件寿命

来源:荣格 发布时间:2017-12-12 1164
工业金属加工 技术前沿
收藏
Hardide Coatings的CVD涂层可以取代硬铬涂层和HVOF(high-velocity oxy-fuel)涂层。

在航空航天工业中,极端的操作环境将材料和零件推向设计能力的边缘,业界公司不断寻求经济上可行的方式来保持和提高性能。


解决腐蚀和磨损是非常重要的问题:密封件决定了飞机的液动装置和旋转轴的密封性。在磨蚀性或易磨损的环境中,金属密封轨道或活塞杆表面光洁度的退化会加速密封件的磨损速度。

由于受到更加严格的法规限制,硬铬涂层(HCP)及其替代品(例如HVOF涂层)的局限性推动了对硬质耐磨涂层需求的日益增长,以增加零件的寿命,提高尺寸稳定性和零件的质量,同时减少停机时间成本,提高竞争力。

硬铬涂层和硬镉涂层

HCP 广泛应用于航空航天工业,用来保护钢质零件不受磨损和腐蚀影响。然而,因为它使用了具有致癌性的六价铬盐,REACH很快将禁止其在欧盟使用。此外,美国职业安全与健康管理局 (OSHA) 对它的限制也越来越紧。

CVD碳化钨涂层(左)和HVOF(右)的横截面孔隙率



在航空航天行业,六价铬也用来进行耐腐蚀涂层的预处理,例如镀镉层。

在这里,铬酸盐为涂层提供耐腐蚀性,同时形成薄的转化涂层,后者在提供耐腐蚀性的同时还能增强后续涂层的附着力。

分析HCP的替代品

HCP的替代品包括HVOF和一些新兴的工艺,如化学镀镍复合镀、爆炸焊接、电沉积纳米晶钴磷合金和PVD(物理气相沉积)涂层。

一直以来,HVOF和其他喷涂层被视为取代HCP涂层的最可行的选择,但是其中每一种都有局限性。

热喷涂可以生成厚且持久的涂层,但不能应用于内表面。它们粗糙并且具有孔隙,往往需要喷涂后的研磨,这在复杂的形状中是不可能实现的。

PVD涂层能得到极硬的涂层,同时可以精确控制厚度,但是都很薄,通常小于4微米,并且负荷能力有限。各种湿法电镀和化学镀膜更适合于内表面和复杂形状的零件,但是硬度比HCP要低,耐磨性也不是很理想。金属镀层的耐腐蚀性不够,这是由于电镀多孔性,并且无法充分粘附于钢质基材。

工程解决方案

低温化学气相沉积(CVD)涂层可以非常坚硬,是一种实用的能显著提高飞机零件寿命的解决方案,并且在技术上和商业上可行。

Hardide 的CVD 涂层是纳米结构的钨/碳化钨硬质合金涂层家族中的一员。它是一个原子一个原子从低压气相开始结晶,形成一个可以分布在外内部表面、复杂的形状的适形涂层,并且均匀、无
气孔。化学气相沉积发生在温度大约500°C真空反应室中,此时形成涂层的微观矩阵由1 - 10nm的碳化钨纳米颗粒均匀分布着。

Hardide A产品用来取代HCP,尤其是不能使用喷涂工艺的设计和形状。这种 CVD 涂层的厚度能匹配HCP(50微米到100微米),硬度也是如此(800Hv到1200Hv),硬度的上限超过了HCP的最大硬度,因此可以相对简单地从HCP转为应用这种CVD 涂层,同时预涂层零件设计的变化能保持最小。

表现出色的替代品

纳米CVD涂层将高硬度、韧性和延展性结合起来,能提高耐磨性、耐侵蚀性、耐冲击性以及承受零件变形而不受影响。

相比HCP和HVOF,CVD的耐腐蚀性更胜一筹,还能增强抗疲劳能力。

腐蚀和磨损:HCP、喷涂和电镀有微孔隙和微裂缝,并且在基材受到负荷而变形时会进一步扩大,从而失去对基材的保护作用。封孔可以提高防腐蚀性,但局限性在于会限制涂层接触的温度,要低于400°F。另外,由于涂层会逐渐磨损,之前被封闭起来的未密封孔隙最终将会打开。

考虑到沉积的机理,CVD碳化钨涂层具有低的孔隙度,不需要封孔。钨和钨硬质合金具有高的耐化学性。不同于HVOF涂层,CVD不使用钴,不会受到酸的影响。因此,无孔隙的CVD碳化钨涂层能抵抗许多化学品的腐蚀,可以用作防腐蚀的屏障。

在测试中,带HCP、HVOF和CVD涂层的软钢板进行了480小时的中性盐雾试验。HCP的样本严重腐蚀,因此在288小时后从测试中删除。HVOF涂层的样本出现了重锈渍,而且涂层起泡。CVD的样本则只出现了轻微的影响。


盐雾腐蚀测试后的三种不同涂层样品,从左至右依次是:288小时后的HCP涂层、480小时后的HVOF涂层和480小时后的CVD碳化钨涂层

工程师用一个Phoenix TE77高频往复试验台测试了CVD碳化钨涂层的耐磨损性。

用不锈钢销撞击不锈钢钢板,再用CVD 涂层的销来撞击CVD 涂层板。由于样品在65N的负载下快速达到临界的1.0摩擦系数(CoF),显示严重磨损,基线测试因而被停止。

而使用 CVD涂层的销,其干摩擦系数稳定在0.2左右。甚至在试验台的最大负载情况下也没有观察到磨损出现。

HCP的稳态干摩擦系数在0.70±0.1。喷涂涂层的干摩擦系数范围在0.56至0.61。

硬度和耐磨性能:CVD的材料硬度对其耐磨性有很大影响,而Hardide A比HCP高了13倍,比各种等级的HVOF涂层高了3倍。

CVD碳化钨涂层的另一个优点是它们对于密封件、轴承的非磨蚀性。均匀的纳米结构让涂层可以均匀地磨损,甚至能提高表面光洁度,即使在易磨损或腐蚀性的环境中。对于液动装置、旋转轴和轴承而言,这种涂层能带来良好的表面,减少弹性体和聚四氟乙烯密封件的磨损,防止油的泄漏,帮助减少飞机制动装置及传动部件的维修费用。

韧性和抗冲击性

飞机起落架或襟翼致动器需要韧性和抗冲击及抗变形能力,而不会剥落或开裂。HCP一般都有较好的韧性,但缺点是脆性和差的抗冲击性。HVOF涂层也会在高负荷和高周疲劳情况下产生裂缝和剥落。然而,CVD涂层的结构和组成得到了优化,以最大限度地提高韧性。在微米或纳米级的测试中也不会出现脆性蠕变,这意味着其断裂韧性超过了常用的硬质涂层能测量到的水平。

在Phoenix TE77高频往复试验台上,用CVD 涂层的销撞击CVD 涂层板,负载逐步增加到800N的情况下测量的摩擦系数(CoF)

抗疲劳强度:CVD涂层材料具有增强的韧性、延展性,同时具有均匀、无孔隙的微结构,这增强了它的抗疲劳强度。在测试中,它显示出最低的疲惫值。HVOF有更高的疲惫值,主要是因为拉伸应力和多孔多相结构,其中的夹杂物和缺陷会成为应力集中点和裂纹产生的地方。

实际应用

空客集团在2017年3月批准了CVD涂层的使用,Hardide Coatings现在已经跻身于空客的全球批准供应商名单。BAE Systems公司自2005 年以来就在台风战斗机的零件上使用这种涂层。

成为空客集团的供应商为Hardide开辟了新的机会去扩展辅助工程零件的涂层应用范围,包括燃油计量阀、反推力制动杆。公司高层正在讨论在大量的组件和飞机平台上使用这种涂层,包括A320、A330、A380和A400M的机翼结构和起落架。

用来测量断裂韧性的压头

典型的航空航天应用包括销、衬套、轴承、钩链、搭扣、起落架、襟翼滑轨、套筒、杆、阀门以及气动活塞和气缸。

结论

CVD涂层能提供出色的抗磨损和耐腐蚀性,以及韧性和延展性,将能提升零件的附加值,并通过节省停机时间和提高工作效率来降低运营成本。

CVD工艺能带来其他替代品无法实现的工程灵活性水平。

Hardide Coatings,www.hardide.com


收藏
推荐新闻