5.3.3-2 热喷涂修理法

§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：
1、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；
2、设备简单，通用性强，操作程序少，速度快，生产效率高；
3、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
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
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。

1、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。

2、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。

3、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。

4、可磨耗涂层
众所周知，现代航空发动机的关键部件压气机和涡轮与机匣的间隙都保持在最小限度。

这些间隙包括转子叶片的叶尖与静子内环之间的叶尖间隙；叶包括每级转子和机匣之间的级间间隙。

为了减少间隙大引起的气流泄漏，理论上希望这些间隙为零。

但是，制造零件的实际偏差和装配公差，这是做不到的。

而且，轮盘在高温高速下旋转，还会产生纵向运动，叶片的径向增长，零件的翘曲变形，以及热胀冷缩，都会改变这些间隙。

采用可磨耗涂层，就会使得间隙变小。

即在叶尖和静子组件的表面喷涂涂层，这样当旋转零件与它摩擦时，该涂层就会被磨耗，使得间隙达到最小限度。

例如，英国的RB211发动机，其中低压压气机的5、6、7级内部气封就用等离子喷涂硅铝/聚酯树脂涂层；斯贝发动机的高压压气机1、2、3级静子叶片的扇形面内环表面，就用氧－乙炔火焰喷涂镍/石墨涂层，这种涂层是一种理想的中温涂层。

可磨耗涂层在我国航空发动机上也已经使用。

如WP－6压气机后轴承机匣，采用等离子喷涂铝硅/对一羟
另外，WP－6发动机涡轮和涡轮外环采用了等离子、火焰喷涂镍包硅藻土涂层，解决了发动机排气温度高、推力小以及燃油消耗率大等性能故障。

5、修复用涂层
热喷涂涂层在航空发动机零件的修复中，也得到大量的应用。

现在仅举两例。

（1）修复被磨损的零件的尺寸和厚度
罗尔斯.罗伊斯公司在修理达特发动机被磨损的燃烧室锥形面时，采用等离子喷涂钴/碳化钨涂层，延缓了锥形面磨损故障的出现，提高了发动机的使用寿命；在修理埃文发动机压气机轴磨损（公称直径减小不超过025mm）时，采用热喷涂镍/铝涂层，恢复尺寸。

（2）我国的WP－8发动机压气机的后机匣组件，安装边支口变形，偏摆增大，在安装边表面用氧－乙炔火焰，喷涂一层不锈钢涂层，然后再加工到要求的尺寸，效果良好。

五、特种涂敷工艺
在常温下，用手工将涂料（环氧粉末、尼龙等）涂敷在工件表面，达到修复工件表面的划伤、磨损目的的操作方法。

称为特种涂敷。

目前，在航空发动机修理中，常用的特种涂敷有尼龙涂敷、环氧树脂涂敷和环氧粉末涂敷。

1、涂敷的方法
特种涂敷常见的有四种。

即飞扬法、热粘法、悬浮液法和浇铸法。

（1）飞扬法
借用搅拌器中的搅拌或者热空气（100～200度）的吹拂，使得容器中的涂料粉末飞扬，并粘附在具有一定温度的零件表面上。

这种方法简单，操作方便，但是涂层不易均匀。

（2）热粘法
将涂料或膜片直接粘附到加热的零件表面。

这种方法设备简单，操作方便，成本很低。

（3）悬浮液法
将涂料粉用有机溶剂配成悬浮液，用刷子或喷枪将悬浮液涂在零件表面；也可将零件浸入悬浮液中，获得涂层。

这种方法获得的涂层比较均匀，但厚度较薄，每次涂层只有0.005mm 厚。

（4）浇铸法
将熔融的涂料浇铸到零件的表面，获得涂层。

该涂层的表面光洁，但需要配置相应的夹具，这种涂层适用于表面精度和光度要求较高的部位，如零件的内孔。

2、热粘环氧粉末（TF－1533）涂敷工艺
（1）工艺步骤
其一、涂敷前准备。

首先按照规定做好表面处理；其次，毛化热粘表面，使其光洁度在▽3以下；最后，用丙酮或酒精清洗热粘表面。

其二、热粘涂敷
涂敷工艺为：加热工件——粘附涂料——固化——加工涂层——检验。

加热工件将工件加热到180±10℃，保温1小时；并去毛刺；
涂敷涂料粘敷环氧粉TF－1533；
固化与加热工件的温度和保温时间相同；
加工涂层将涂层锉修或车到规定尺寸；
检验涂层应无缺损、老化、起层、杂质、气泡；
（2）适用范围
应用本工艺适用于工作温度在120℃以下，受力不大、固定不动或有轻微活动摩擦的零件的接触面的修补。

如歼6飞机前起落架凸轮的表面腐蚀。

原来用镀铜方法修理，加工时间长，成本高；现在采用热粘敷的方法，既保证了修理质量，有降低了成本。

再如，歼6飞机的发动机油门杆垫圈，表面磨损，原来采用换新件方法修理。

现在采用热涂敷法，节约了成本。

还有，歼6飞机发动机放气窗作动筒的活塞杆划伤、壳体凸台磨偏、。

原来活塞杆用采用镀铬，壳体换新件的方法修理，质量不易保证，成本又高；现在采用将活塞杆磨去一定尺寸（单面最大不超过0.2mm）、壳体胶圈槽和凸台涂敷环氧粉末，获得了很好的修理效果。

3、浇铸环氧树脂E－44法
飞机液压泵壳体的一个孔，内表面采用硬质阳极化层，使用一个翻修期后，普遍出现磨损超差、划伤等。

曾经用压铜套的方法修理，效果不理想。

因为，容易出现松动、偏磨、不密封等故障。

现在采用内孔浇铸环氧树脂的方法，使用一个翻修期后，未发现有磨损现象。

（1）浇铸前准备
浇铸前要做好三道工序，即：清洗——扩孔——安装胎具
清洗除油，并清洗油泵壳体；
扩孔将壳体上的孔由原来的直径14mm，扩大到直径15.2mm；
安装胎具在胎具上涂抹脱模剂，并将胎具安装在壳体上；
（2）浇铸环氧树脂
浇铸工艺为：加热壳体——配置熔融涂料——浇灌涂料——清除冒口
加热壳体将壳体零件加热到60℃，并保持30分钟；
配置熔融涂料涂料的成份为矾土水泥70份、二氧化钼10份、环氧树脂E－44 50份、简苯二胺7份。

浇铸涂料将熔融的涂料浇灌到壳体孔内，压入芯棒；
清除冒口将流出的环氧树脂涂料擦干净。

（3）固化
将壳体零件加热到60℃，保持15小时；继续加热至80℃，保持2小时；再继续加热至150℃，保持1小时；
（4）水淬
在冷水中壳体件冷到室温。

（4）脱模从壳体件的空中取出心棒；
（5）检验用目视法，检查涂层应无划伤、掉块、椭圆度不大于0.005mm。

4、尼龙涂敷工艺
歼6飞机襟翼滑块，使用一个翻修期后，均因表面磨损而报废。

现在采用表面涂敷尼龙，修复使用效果良好。

涂敷尼龙的工艺步骤如下：
制作醇溶尼龙膜片——热粘膜片——固化膜片——水淬——干燥——检验
（1）制作尼龙膜片
首先配置尼龙液醇溶尼龙（66/6M×D－10）100份；无水乙醇340份；蒸馏水 60份；二氧化钼3份；此处份为重量份额。

然后，在玻璃板上制作尼龙膜片用毛刷将尼龙液多次涂刷在玻璃板上，注意只能当第一次涂的液体晾干（以不粘手为准）后，再涂第二层。

依次类推，直到得到需要的厚度为止。

最后，剪裁膜片用剪刀将膜片剪成需要的小片；
（2）热粘膜片
首先，毛化滑块表面。

使得其表面粗糙度在▽3以下，并用乙醇或丙酮清洗表面；其次，在工件表面用毛刷涂敷X98－1胶，并自然晾干；然后，将已经加热到180±10度，保温40分钟的工件后，粘贴膜片；
（3）固化膜片
将粘贴有膜片的工件，在180±10度下，保温1小时；
（4）水淬在冷水中将工件降温到室温；
（5）检验目视涂层表面，应无脱皮、起层；并且尺寸符合要求。

航空发动机上也有许多零件采用尼龙涂敷法修理。

如WP－6燃油转子端面、燃油泵轴瓦，都采用尼龙膜片修理法。

这种方法也用于修理WP－5挡油套螺纹槽。

采用尼龙膜修理工艺后，不仅提高了零件的耐磨性，缩小了零件之间的间隙，还能提高组件的密封性。

同时，它的成本低，工艺简单。

受到修理厂家的好评。

有资料表明，航空发动机燃油泵转子端面，原来镀铅铟合金，不仅电镀工艺复杂，价格昂贵，而且镀层质量不稳定，有的零件使用不到50小时，就镀层脱落。

影响到燃油泵的使用寿命。

采用尼龙膜涂敷层后，提高了零件的耐磨性，经外场使用，效果良好；并且大大降低了修理成本。

特种涂敷是一种值得提倡的修理工艺。

但是，要提高这种修理质量，就必须严格执行操作规程，否则就会前功尽弃，而不能保证修理质量。

作业
1、名词解释
热喷涂火焰喷涂等离子喷涂特种涂敷尼龙涂敷
2、填空热喷涂技术在航空发动机修理中，常见的、、、、
和五种。

3、试举一例说明等离子喷涂在航空发动机修理中获得耐磨涂层的原理和应用。

4、试举一例说明等尼龙膜片涂敷在航空发动机修理中获得耐磨涂层的原理和应用。