航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修用CoMoCrSi耐磨涂層制備工藝研究

劉瑞 郭雙全 馮云彪

摘? 要：CoMoCrSi合金以其優(yōu)良的耐磨性得到了廣泛應(yīng)用。簡述了等離子噴涂CoMoCrSi耐磨涂層的粉末特性、涂層工藝與涂層基本性能。結(jié)果表明經(jīng)過優(yōu)化后的涂層顯微組織、硬度、結(jié)合強(qiáng)度滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修要求。

關(guān)鍵詞：熱噴涂;航空發(fā)動(dòng)機(jī);耐磨涂層;維修

1 引言

Co基合金具有優(yōu)良的物理性能、抗氧化性、耐腐蝕性和耐磨性。Co基合金的成分隨使用環(huán)境的不同而不同，Co基合金的主要元素有Cr、W、Mo，還有少量的C、Fe、Ni、Si、Mn。Co基合金在耐磨領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一就是CoMoCrSi耐磨合金[1]，CoMoCrSi鈷基耐磨合金屬于金屬間化合物強(qiáng)化型鈷基合金，T800是其中的典型代表[2，3]，它不同于傳統(tǒng)的碳化鎢強(qiáng)化型鈷基合金，由于合金中加入過量的鉬和硅，噴焊層在結(jié)晶過程中析出硬質(zhì)相Laves相（CoMoSi相），該相的含量達(dá)40%-60%，為了保證Lavers相形成，合金的碳含量盡可能低，以免鉻、鉬等合金元素與碳形成碳化物，Lavers相的硬度約為HV1000，耐腐蝕性好，彌散分布在鉻、鋁的鈷基合金基體內(nèi)，具有優(yōu)良的耐磨損、耐擦傷和耐腐蝕性能，高溫硬度超過Stellite No.6鈷基合金。由于基體為軟基體，因此Laves相的含量多少嚴(yán)重影響著合金的性能。CoMoCrSi耐磨合金組織的結(jié)構(gòu)與CoCrW耐磨合金的組織不同，CoCrW（如Stellite No.6）耐磨合金的組織中的強(qiáng)化相主要是碳化物。在無潤滑和潤滑不足情況下，CoMoCrSi耐磨合金具有良好的相容性，與工具鋼、低合金鋼、青銅、鋁合金、石墨等之間摩擦系數(shù)小。在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)能保持優(yōu)良、光滑的表面性能。本文介紹了某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修過程中遇到的CoMoCrSi耐磨涂層的制備工藝及涂層性能。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)原材料采用Metco 68F-NS-1粉末，打底層為Metco 450 NS。涂層制備方法為大氣等離子噴涂方法，設(shè)備為Sulzer Metco公司的UiCoat等離子噴涂設(shè)備，噴槍為F4。

粉末形貌和涂層顯微組織采用掃描電鏡分析。采用黃銅漏斗，依據(jù)金屬粉末流動(dòng)性的測定標(biāo)準(zhǔn)漏斗法（霍爾流速計(jì)）GB 1482-84標(biāo)準(zhǔn)測量粉末的流動(dòng)性。涂層的結(jié)合強(qiáng)度采用粘結(jié)拉伸法檢測，試樣與預(yù)噴砂的對接件采用FM1000膠膜片粘結(jié)，在190℃保溫2 h 的條件下固化。涂層硬度采用表面洛氏硬度計(jì)（型號(hào)：MACROMET 5121）儀器，依據(jù)金屬熱噴涂層表面洛氏硬度試驗(yàn)方法GB 8640-88標(biāo)準(zhǔn)，測量噴涂態(tài)的涂層表面洛氏硬度，測量五個(gè)值，取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 粉末基本性能

CoMiCrSi粉末的化學(xué)成分如表1所示。從圖1中可以看出球形度高，粒度分布為（-45～+10）μm ，制備方法為氬氣霧化法。霍爾流速計(jì)測得的三次平均值流速為17.6 s/50g，流動(dòng)性好。

Ni包Al粉末的化學(xué)成分如表2所示，主要以Ni、Al為主，粒度分布為（-90～+45）?m，從圖2的形貌上看，不同于CoMoCrSi粉末，該粉末屬于機(jī)械合金化包覆的粉末。霍爾流速計(jì)測得的三次平均值流速為21.1 s/50g。

3.2 涂層制備工藝與基本性能

采用L9（34）的正交設(shè)計(jì)表，因素為Ar流量、距離、H2流量、電流。以隨機(jī)抽取試驗(yàn)號(hào)為實(shí)驗(yàn)順序，其中送粉量約20 g/min，以金相觀察下的孔隙率和氧化狀況為綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過正交試驗(yàn)后的極差分析表明，影響噴涂工藝的因素的主次關(guān)系為：Ar流量>距離>H2流量>電流。最優(yōu)的方案如表3所示，優(yōu)化后涂層的金相顯微組織如圖3所示。涂層孔隙率小于5%，涂層中存在個(gè)別的近球形孔洞，孔徑小于10 ?m，不會(huì)形成大的應(yīng)力集中，氧含量低，氧化不嚴(yán)重，片層鋪展?fàn)顟B(tài)良好。從表面形貌來看，粉末基本熔化，有些球形顆粒存在，但是最大直徑小于10 ?m，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修的顯微組織要求。

優(yōu)化后涂層的結(jié)合強(qiáng)度值為：27.3 MPa;29.8 MPa;29.6 MPa。表面洛氏硬度HR15N為：82.6;82.8;83.2;83.0;84.4。滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修要求。

4 小結(jié)

等離子噴涂法制備的CoMoCrSi涂層經(jīng)過工藝參數(shù)優(yōu)化后，金相顯微組織致密，氧含量低，硬度和結(jié)合強(qiáng)度滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 紀(jì)朝輝， 王志平， 丁坤英. 超音速火焰噴涂CoCrMoSi涂層的組織與性能 [J]. 材料保護(hù)， 2008， 41（1）： 54-55.

[2] J. Y. Cho， S. H. Zhang， T. Y. Cho， et al. The processing optimization and property evaluations of HVOF Co-base alloy T800 coating [J]. J Mater. Sci.， 2009， 44： 6348-6355.

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