熱噴涂技術在飛機輪轂軸承孔修理中的應用

摘 要：對于嚴重腐蝕和磨損的飛機輪轂軸承安裝孔，從其熱噴涂涂層性能要求出發，分析了可應用的熱噴涂技術，介紹了飛機輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程，分析了飛機輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理的質量控制要求。

關鍵詞：熱噴涂技術；輪轂；修理；應用

引言

熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態，依靠熱源自身或外加的壓縮氣流，將其以一定的速度噴射到經預處理的基體表面，形成具有足夠結合強度和特定性能的涂層。熱噴涂涂層具有耐磨損和耐腐蝕等優良性能，并能對工件因磨損和腐蝕等引起的尺寸變化進行修復，在航空航天、機械制造、交通等領域得到了廣泛應用。

飛機輪轂長時間使用后，輪轂軸承安裝孔會出現腐蝕或磨損。對于嚴重腐蝕和磨損，通常采用加裝鋼襯套來修理輪轂軸承安裝孔。每次加裝鋼襯套修理，需要加工去除輪轂基體上的損傷和腐蝕。鋼材料較硬，并且鋼襯套外徑表面若有損傷，容易損傷輪轂軸承安裝孔。輪轂軸承安裝孔修理有一定的極限尺寸，加裝鋼襯套修理輪轂軸承安裝孔會縮短半輪轂的使用壽命。從修理飛機輪轂軸承安裝孔的熱噴涂涂層性能要求出發，分析可應用的熱噴涂技術，介紹輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程，分析輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理的質量控制。

1 飛機輪轂軸承安裝孔的熱噴涂涂層性能要求

飛機機輪主要用于在地面支撐飛機并使飛機能夠在地面滑行。在使用過程中，機輪會承受較大的靜載荷、動載荷和沖擊載荷。機輪主要是由輪轂和輪胎組成。輪轂上安裝有內、外側軸承。機輪通過軸承與起落架輪軸配合。施加在飛機輪轂軸承安裝孔上的熱噴涂涂層會承受較大的靜載荷、動載荷和沖擊載荷。

飛機輪轂材料是鋁合金。熱噴涂涂層與輪轂鋁合金基體要有較高的結合強度，涂層應有較高的硬度，涂層應具備較好的耐磨損及耐腐蝕性能。如霍尼韋爾公司標準施工手冊規定，熱噴涂涂層與輪轂鋁基體的結合強度應不小于34.5MPa，涂層硬度應為70-90HRB，涂層孔隙率應不大于10%，氧化物含量應不大于40%[1]。

2 飛機輪轂軸承安裝孔修理應用的熱噴涂技術

飛機輪轂軸承安裝孔基體材料為鋁合金。熱噴涂涂層材料應與鋁合金基體有較好的浸潤性和兼容性。常用的噴涂材料為鎳鋁合金（95%鎳，5%鋁）、鋁硅合金（5%-12%硅）。熱噴涂技術應與噴涂材料匹配。應用于輪轂軸承安裝孔修理的熱噴涂技術應確保熱噴涂涂層性能滿足要求。滿足輪轂軸承安裝孔修理要求的熱噴涂技術有等離子噴涂、高速火焰噴涂和超音速電弧噴涂等。

（1）等離子噴涂是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源，將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態，以高速噴射并沉積到預先處理過的工件表面上。等離子噴涂具有超高溫特性，噴射粒子的速度高，涂層與基體的結合強度大致范圍為60-77MPa，涂層孔隙率大致范圍為2%-3%[2]。（2）高速火焰噴涂（HVOF）是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作為氧化劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產生高溫高速燃燒焰流，其燃燒焰流速度可達2000m/s以上，將噴涂粉末送進焰流中，產生熔融或半熔融的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。涂層與基體的結合強度可達100MPa，涂層孔隙率大致范圍為1%-5%[2]。（3）超音速電弧噴涂是集成常規電弧噴涂和高速火焰噴涂的噴涂技術。采用燃料和空氣的混合氣燃燒產生的超音速射流，霧化電弧熔融的粒子并對粒子進行加速，使熔融的高速粒子噴射到基體表面形成致密的涂層。涂層與基體的結合強度可達60MPa，涂層孔隙率小于1%[3]。

3 飛機輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理流程

（1）加工輪轂軸承安裝孔，直到完全去除損傷和腐蝕。盡可能少地去除材料。加工后的尺寸必須在輪轂部件維護手冊規定的尺寸限制范圍內。（2）渦流探傷或滲透探傷檢查輪轂軸承安裝孔加工區域。確保加工區域無裂紋等缺陷。（3）按輪轂部件維護手冊噴丸強化規定區域。（4）噴砂粗化待熱噴涂區域。確保無砂粒嵌入噴砂表面。（5）清潔待熱噴涂區域。確保無水分、滑油、油脂、砂粒等。（6）根據需要，將半輪轂預熱到規定溫度。（7）將半輪轂裝在能使半輪轂以固定轉速旋轉的夾具上。（8）在噴砂粗化后的規定時間內，使用合適的噴涂材料進行熱噴涂。若采用底部粘結層和面層結構，在噴涂底部粘結層后應立即噴涂面層。噴涂速度應根據噴涂材料和熱噴涂方法進行設定。確保受熱噴涂影響的輪轂區域溫度不超過規定值。熱噴涂輪轂軸承安裝孔到規定尺寸。（9）將熱噴涂后的輪轂軸承安裝孔加工到規定尺寸。（10）檢查熱噴涂涂層質量。確保無裂紋、松動顆粒、剝落等缺陷。

4 飛機輪轂軸承安裝孔熱噴涂修理質量控制

4.1 熱噴涂修理前試樣測試

在對輪轂軸承安裝孔進行熱噴涂修理前，應制作與輪轂相同材料的直徑為25毫米的試樣，對試樣進行測試確定應用于輪轂軸承安裝孔修理的熱噴涂工藝參數。試樣的噴涂條件應與輪轂軸承安裝孔的噴涂條件一致。試樣的熱噴涂涂層厚度應與最大允許完工涂層絕對厚度一致。試樣應進行結合強度、顯微硬度和顯微結構冶金測試。至少3個試樣進行結合強度測試。至少1個試樣進行顯微硬度和顯微結構冶金測試。在熱噴涂方法、設備和噴涂材料發生變化時，應制作試樣進行結合強度和冶金測試。

4.2 熱噴涂工藝參數控制

熱噴涂工藝參數是決定涂層質量的關鍵。需要對工藝參數進行優化和控制，保證被噴涂的材料粒子都能加熱到熔融或半熔融狀態，高速射向基體并均勻地沉積，形成致密的與基體有良好結合的涂層。對于等離子噴涂，在特定設備、噴槍和噴涂材料條件下，影響涂層質量的主要工藝參數為電弧功率、工作氣體流量、送粉氣流量、噴槍與工件距離以及噴槍與工件的相對移動速度等。對于高速火焰噴涂，影響涂層質量的主要工藝參數為氧氣和燃料的比例、送粉量、噴槍與工件距離等。對于超音速電弧噴涂，影響涂層質量的主要工藝參數為噴槍、空氣壓力、電流、噴槍與工件距離等。

4.3 輪轂軸承安裝孔熱噴涂前表面處理

熱噴涂涂層與基體的結合主要為機械結合。輪轂軸承安裝孔熱噴涂前需進行凈化和粗化處理。凈化處理確保輪轂軸承安裝孔表面干凈。粗化處理使輪轂軸承安裝孔表面粗造化，提供更多的“拋錨”咬合點。輪轂軸承安裝孔采用噴砂粗化，應對砂粒材料、噴砂壓力和噴砂角度等進行控制。

5 結束語

應用合適的熱噴涂技術，能夠獲得滿足結合強度要求、具有較好的耐磨損及耐腐蝕性能的涂層，可以修復飛機輪轂軸承安裝孔。對于大中型飛機維修單位，應用熱噴涂技術對飛機及其零部件進行表面處理和修復，具有積極的意義。

參考文獻

[1]HONEYWELL標準施工手冊32-49-01[Z].

[2]李君.熱噴涂技術應用與發展調研分析[D].吉林大學，2015.

[3]查柏林，王漢功，楊暉，等.超音速電弧噴涂技術[J].機械工人，2002（6）.

作者簡介：楊先學，工程師，主要從事飛機起落架附件維修開發及技術支援工作。