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记录试棒拉断后的拉力



作者:易发体育    发布时间:2021-01-22 06:24


  目前,国内外许多军用航空发动机厂商对零件加工均采用了等离子喷涂防护技术,以提高发动机零件的耐磨损、抗高温等功能,来降低机件的工作温度,以提高航空发动机零件的使用寿命。其中,热喷涂是采用某种热源,将涂层材料加热至熔化或软化,并在高速气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒,以一定的速度喷射到经过预处理的基体表面,形成某种特殊功能性防护涂层的一种表面强化技术。根据热源的不同,热喷涂可分为火焰喷涂、电弧喷涂、常压等离子喷涂、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等。

  等离子喷涂在中小型航空发动机制造领域得到广泛运用,它是以等离子弧作为热源,将粉末熔化并经过膨胀的等离子气体高速喷射到经预先处理的基件表面形成涂层的过程。由于等离子弧温度高(弧柱中心温度可达15000~33000K)、热量集中,能熔化一切高熔点粉末材料,是一般火焰喷涂和电弧喷涂所不能达到的;因采用氩气等惰性气体作为等离子气体,氢气作为辅助气体,大大降低了喷涂粉末的氧化程度,从而赋予涂层杂质含量低、纯度高等优点;此外,该种喷涂能量大、粉末粒子飞行速度快,赋予了涂层高致密度(88%~90%),孔隙率(3%~8%)低、结合强度高(40~50MPa)的特点。

  南方公司现拥有低压等离子喷涂设备、超音速火焰喷涂设备、大气等离子喷涂设备、火焰喷涂设备等,承担了多种中小型航空发动机机型零件功能防护涂层的生产与科研任务。其中,某航机的燃气涡轮工作叶片表面采用真空等离子喷涂镍钴铬铝钇钽六元素耐高温涂层,已达到国际先进水平。此外,公司还在新型耐磨涂层研究方面也取得一些重大突破,如:采用Metco9M等离子喷涂设备,成功制备出了镍铬-碳化铬高温耐磨涂层,该涂层在高温环境以下具有抗颗粒、气蚀冲蚀和良好的抗微动磨损性,且在900℃工作环境下仍有优良的抗高温燃气氧化腐蚀(特别是硫化腐蚀)的性能;此外,因是有难熔碳化铬硬相与韧性良好的镍铬合金相组成,赋予了该涂层较高的硬度、较好的机加工性能、结合强度高等特点,是发展新一代飞机发动机耐磨涂层的优良候选涂层之一。

  但随着生产压力的增加,一台设备已不能满足生产要求,为保质保量如期完成任务,南方公司决定,在短期内将镍铬-碳化铬粉末投入到PRAXAIR7700新型等离子喷涂设备上进行批量生产。因启用的是新设备,且喷涂在结构不同的零件,这无疑大大增加了此次攻关任务的难度。

  南方公司喷涂线技术员与操作者一起投入到紧张的生产攻关中去,迅速开展了从夹具的优化设计到每个工艺参数的研发等一系列工作中去。他们选用镍铬-碳化铬Cr3C225(Ni20Cr)作为此次喷涂原材料,某零件基体材料为高温合金,在其表面喷涂耐磨涂层镍铬-碳化铬,能达到耐磨的作用。所以,这次做的试验所选的试片基体材料为高温合金GH3030,采用大气等离子喷涂系统(PRAXAIR7700),并配置ABB六轴机械手+转台、1264型送粉器等等。

  在影响等离子喷涂涂层性能的众多工艺参数中,对主气流量(Ar)、次气流量(H2)、送粉量和电流这4个主要因素采用L9(43)进行正交试验。其他的喷涂参数:如载气为15SCFH,喷涂距离为100mm。试件在喷涂前操作流程如下:检查表面应无任何毛刺和缺陷对整个喷涂区域用航空汽油清洗再用丙酮清洗对喷涂区域吹砂粗化清理喷涂面残余砂粒遮护喷涂清理多余物。

  后续,南方公司喷涂攻关团队成员对不同工艺参数得到的试件涂层的显微硬度值进行级差分析,通过级差分析,优化相关的工艺参数,最终选出一组工艺参数进行随后的验证试验。

  最后,他们采用优化后的参数,分别喷涂金相试样、拉力试棒。在金相试样上喷涂厚度为0.20~0.40mm,采用LeciaDMI5000M检测设备,涂层显微组织的界面污染、界面分离、孔隙率、未熔颗粒等方面都符合相关技术要求。结合强度的测定方法是在结合强度试棒(25mm×50)的端面喷涂0.250.02mm左右厚度的涂层,用粘结剂在另一配对的试棒端面涂胶,再将两根拉力试棒固定及压紧,待胶水固化后进行拉伸,记录试棒拉断后的拉力,计算结合强度,得出其结合强度平均>57.3MPa,符合相关技术要求。

  在确定最佳的工艺参数后,南方公司职工对零件模拟件进行了喷涂,工艺过程分为喷涂前预处理、喷涂、喷涂后处理,工艺流程为,清洗吹砂保护吹砂喷涂保护喷涂涂后清理检验。大家后来得出的经验是,喷涂前预处理非常重要,除油必须彻底,否则涂层结合力不好,易造成涂层剥落等缺陷;除用汽油和丙酮清洗外,还要对待喷涂部位进行吹砂,使零件表面洁净,粉末必须烘干,以保证粉末干净,否则,涂层容易产生裂纹;检测送粉率,送粉率不合格会造成涂层不合格;用试片检查硬度、金相,合格后方可喷涂零件;喷涂时必须对零件进行冷却,使零件温度低于200℃,选用不同的喷涂设备对零件进行喷涂,具体喷涂操作按优化后的工艺参数进行。喷涂后清除工件喷涂用保护夹具、高温防护胶带或其他耐热遮蔽物,将零件擦拭干净。

  随后,攻关队员对零件模拟件表面涂层进行磨削加工。对机加后的模拟件表面涂层进行剖切检测(如图所示),结果零件表面涂层的外观、质量都符合相关技术要求。

  经过南方公司喷涂线全体职工一周的日日夜夜辛苦攻关,在保证原本航机生产任务的同时,不负众望,大家顺利地完成了镍铬-碳化铬Cr3C225(Ni20Cr)工艺参数的开发,保质保量地完成了某航机的交付任务。

  目前,国内外许多军用航空发动机厂商对零件加工均采用了等离子喷涂防护技术,以提高发动机零件的耐磨损、抗高温等功能,来降低机件的工作温度,以提高航空发动机零件的使用寿命。其中,热喷涂是采用某种热源,将涂层材料加热至熔化或软化,并在高速气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒,以一定的速度喷射到经过预处理的基体表面,形成某种特殊功能性防护涂层的一种表面强化技术。根据热源的不同,热喷涂可分为火焰喷涂、电弧喷涂、常压等离子喷涂、低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等。

  等离子喷涂在中小型航空发动机制造领域得到广泛运用,它是以等离子弧作为热源,将粉末熔化并经过膨胀的等离子气体高速喷射到经预先处理的基件表面形成涂层的过程。由于等离子弧温度高(弧柱中心温度可达15000~33000K)、热量集中,能熔化一切高熔点粉末材料,是一般火焰喷涂和电弧喷涂所不能达到的;因采用氩气等惰性气体作为等离子气体,氢气作为辅助气体,大大降低了喷涂粉末的氧化程度,从而赋予涂层杂质含量低、纯度高等优点;此外,该种喷涂能量大、粉末粒子飞行速度快,赋予了涂层高致密度(88%~90%),孔隙率(3%~8%)低、结合强度高(40~50MPa)的特点。

  南方公司现拥有低压等离子喷涂设备、超音速火焰喷涂设备、大气等离子喷涂设备、火焰喷涂设备等,承担了多种中小型航空发动机机型零件功能防护涂层的生产与科研任务。其中,某航机的燃气涡轮工作叶片表面采用真空等离子喷涂镍钴铬铝钇钽六元素耐高温涂层,已达到国际先进水平。此外,公司还在新型耐磨涂层研究方面也取得一些重大突破,如:采用Metco9M等离子喷涂设备,成功制备出了镍铬-碳化铬高温耐磨涂层,该涂层在高温环境以下具有抗颗粒、气蚀冲蚀和良好的抗微动磨损性,且在900℃工作环境下仍有优良的抗高温燃气氧化腐蚀(特别是硫化腐蚀)的性能;此外,因是有难熔碳化铬硬相与韧性良好的镍铬合金相组成,赋予了该涂层较高的硬度、较好的机加工性能、结合强度高等特点,是发展新一代飞机发动机耐磨涂层的优良候选涂层之一。

  但随着生产压力的增加,一台设备已不能满足生产要求,为保质保量如期完成任务,南方公司决定,在短期内将镍铬-碳化铬粉末投入到PRAXAIR7700新型等离子喷涂设备上进行批量生产。因启用的是新设备,且喷涂在结构不同的零件,这无疑大大增加了此次攻关任务的难度。

  南方公司喷涂线技术员与操作者一起投入到紧张的生产攻关中去,迅速开展了从夹具的优化设计到每个工艺参数的研发等一系列工作中去。他们选用镍铬-碳化铬Cr3C225(Ni20Cr)作为此次喷涂原材料,某零件基体材料为高温合金,在其表面喷涂耐磨涂层镍铬-碳化铬,能达到耐磨的作用。所以,这次做的试验所选的试片基体材料为高温合金GH3030,采用大气等离子喷涂系统(PRAXAIR7700),并配置ABB六轴机械手+转台、1264型送粉器等等。

  在影响等离子喷涂涂层性能的众多工艺参数中,对主气流量(Ar)、次气流量(H2)、送粉量和电流这4个主要因素采用L9(43)进行正交试验。其他的喷涂参数:如载气为15SCFH,喷涂距离为100mm。试件在喷涂前操作流程如下:检查表面应无任何毛刺和缺陷对整个喷涂区域用航空汽油清洗再用丙酮清洗对喷涂区域吹砂粗化清理喷涂面残余砂粒遮护喷涂清理多余物。

  后续,南方公司喷涂攻关团队成员对不同工艺参数得到的试件涂层的显微硬度值进行级差分析,通过级差分析,优化相关的工艺参数,最终选出一组工艺参数进行随后的验证试验。

  最后,他们采用优化后的参数,分别喷涂金相试样、拉力试棒。在金相试样上喷涂厚度为0.20~0.40mm,采用LeciaDMI5000M检测设备,涂层显微组织的界面污染、界面分离、孔隙率、未熔颗粒等方面都符合相关技术要求。结合强度的测定方法是在结合强度试棒(25mm×50)的端面喷涂0.250.02mm左右厚度的涂层,用粘结剂在另一配对的试棒端面涂胶,再将两根拉力试棒固定及压紧,待胶水固化后进行拉伸,记录试棒拉断后的拉力,计算结合强度,得出其结合强度平均>57.3MPa,符合相关技术要求。

  在确定最佳的工艺参数后,南方公司职工对零件模拟件进行了喷涂,工艺过程分为喷涂前预处理、喷涂、喷涂后处理,工艺流程为,清洗吹砂保护吹砂喷涂保护喷涂涂后清理检验。大家后来得出的经验是,喷涂前预处理非常重要,除油必须彻底,否则涂层结合力不好,易造成涂层剥落等缺陷;除用汽油和丙酮清洗外,还要对待喷涂部位进行吹砂,使零件表面洁净,粉末必须烘干,以保证粉末干净,否则,涂层容易产生裂纹;检测送粉率,送粉率不合格会造成涂层不合格;用试片检查硬度、金相,合格后方可喷涂零件;喷涂时必须对零件进行冷却,使零件温度低于200℃,选用不同的喷涂设备对零件进行喷涂,具体喷涂操作按优化后的工艺参数进行。喷涂后清除工件喷涂用保护夹具、高温防护胶带或其他耐热遮蔽物,将零件擦拭干净。

  随后,攻关队员对零件模拟件表面涂层进行磨削加工。对机加后的模拟件表面涂层进行剖切检测(如图所示),结果零件表面涂层的外观、质量都符合相关技术要求。

  经过南方公司喷涂线全体职工一周的日日夜夜辛苦攻关,在保证原本航机生产任务的同时,不负众望,大家顺利地完成了镍铬-碳化铬Cr3C225(Ni20Cr)工艺参数的开发,保质保量地完成了某航机的交付任务。

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