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可提高耐磨性、耐腐蚀性的表面涂层

来源:荣格 发布时间:2018-09-05 1147
技术前沿
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PVD和PACVD涂层提高了航空航天零部件的耐用性、性能和使用寿命,可替代硬铬涂层。

航空航天原始设备制造商(OEM)和MRO公司不断寻求新的方法来改善涡轮、飞行控制系统、起落架和液压系统的性能和寿命。这些组件必须能够承受侵蚀、腐蚀、极端温度、高负载以及金属与金属的接触。

此外,供应商正在寻求新方法,以通过改进部件和系统设计、材料和涂层,来提高飞机运行性能和燃油效率。例如,压缩机叶片表面光洁度之类的微小因素可以提升高涵道比涡扇发动机的燃油经济性。

这使得人们重新关注涂层、电镀或氮化处理,这些选项可以改变关键部件的表面,从而提高耐磨性和耐腐蚀性,同时提供金属与金属接触所需的摩擦系数,或燃气涡轮机中最佳气流所需的耐腐蚀性。

鉴于行业正在从镀硬铬向更环保的替代品转变,这是一个恰当的时机。我们可以通过物理气相沉积(PVD)和等离子辅助化学气相沉积(PACVD)以及诸如氮化处理等其他技术所施加的薄膜涂层来填补这个空隙,它们具有比镀硬铬更高的耐久性,同时能提供类似的功能特性。

薄膜涂层

经过认证和现场测试,PVD和PACVD可以沉积薄膜涂层,使部件表面硬化,延长部件使用寿命,同时减少维护和停机时间。

涂层厚度通常为1至5μm,对于特定的抗腐蚀性能,最高可达25μm,表面的涂层公差可低至±0.5μm。薄的涂层与紧公差相结合,意味着部件在涂层后仍能保持其原来的形状、贴合度和尺寸,无需再加工。

欧瑞康巴尔查斯的Balinit Turbine Pro PVD涂层能保护发动机压缩机叶片或集成整体叶盘免受腐蚀、污染和腐蚀。以前,这些叶片通常不会受到保护。

“现在航空制造业的目标是尽可能减少燃料使用,”欧瑞康巴尔查斯全球航空航天部门经理Toby Middlemiss解释道,“制造商经常抛光压缩机叶片和整体叶盘来获得镜面抛光。这能增加通过发动机的气流,从而提高燃油效率。”  

由于叶片在工作中会被污染,这会使得压缩系统的效率最终下降。“空气中的碎片颗粒侵蚀了叶片的表面光洁度。因此它们虽然最开始能获得完美的效果,但最终表现会出现下降,”Middlemiss说,“通过应用Balinit Turbine Pro涂层,您可以保持高度抛光的表面光洁度,从而获得持久的效率提升。”



Balinit Turbine Pro采用金属氮化铝(MeAlN)结构,即使在高温条件下也能提供高硬度和残余压应力的最佳关系。它可以应用于钢、超合金和钛质组件。一旦应用该工艺,成品涂层产品可以获得低至0.05Raμm的表面粗糙度,无需任何后续涂层加工。

Balinit Turbine Pro的高硬度已经在固体颗粒、液滴、液体空化、水射流和其他侵蚀测试中得到证实,涂层可以在不同涂层厚度和高温下应用于各种基材(钢、铬镍铁合金和钛)上。

在固体颗粒侵蚀测试中,对材料的质量损失进行评估,Balinit Turbine Pro表现出比氮化钛(TiN)和其他PVD涂层高4倍以上的侵蚀保护,与未涂层的钛相比则超过40倍。

镀铬替代品

镀硬铬一直用于保护航空航天部件免受磨损、腐蚀和磨损。然而,用于镀硬铬的致癌六价铬盐促使美国职业安全和健康管理局(OSHA)和欧盟REACH法规对电镀铬和镉实施了严格限制。

现有的镀铬和镀镉部件需要进行更换,新的部件则需要使用环保材料涂层。一些原始设备制造商已尝试用未涂层的硬化不锈钢代替镀硬铬钢,但不锈钢具有较差的低摩擦磨损和滑动性能。

碳化钨基热喷涂则是另一种选择,它通常需要大量的后续涂层处理和研磨,这会增加成本。在薄壁部件上,厚的热喷涂涂层也会造成不必要的应力和部件变形。

Balinit C是一种碳化钨/碳(WC/C)基涂层,也就是金属和类金刚石碳(DLC)的混合体,可提供耐磨性和抗划伤性,同时减少用于起落架和发动机挂架的轴承、轴和销的磨损和摩擦。

即使在低润滑、甚至干式运行条件下,Balinit C涂层也具有很高的承载能力。低摩擦系数可减少飞机的滑动或移动部件(例如驱动系统、压缩机和泵)的点蚀和接触腐蚀。

轴承是另一个遭受严重磨蚀(而且不成比例分布)的部件。Balinit C适用于滚轴和滚珠轴承,因为它可以在低于200ºC的温度下使用。

PVD涂层可应用于内外圈和滚柱以及滚珠轴承中的滚珠,均匀涂层厚度为0.5至1μm。粗糙度的轻微增加可以被涂层的抛光质量所抵消,这使得内外圈的运动畅通无阻,并提供额外的划痕和点蚀保护。

“鉴于对下一代飞机的性能要求不断提高、更轻的结构以及对环境更友好的操作和维护概念,行业对组件和工具的要求也越来越高,”Middlemiss说,“PVD和PACVD涂层是提高操作性能、降低运营成本、延长运行时间和缩短维护间隔的有效手段。”

Oerlikon Balzers,www.oerlikon.com/balzers

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