現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空維修上的應(yīng)用分析

宋乃堅，宋佳寅

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410124)

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現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空維修上的應(yīng)用分析

宋乃堅，宋佳寅

(長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410124)

摘要:現(xiàn)代表面工程技術(shù)已經(jīng)得到日新月異的發(fā)展，與其相適用的新設(shè)備、新材料和新工藝，也由研制成功走向成熟。通過分析該技術(shù)在航空維修領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了如何進一步拓展該技術(shù)在航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:表面工程;現(xiàn)代表面工程技術(shù);航空維修

表面工程形成一門獨立的學(xué)科，已有近四十年的歷史，當今世界的各個領(lǐng)域，幾乎都有它的應(yīng)用成果，其發(fā)展速度越來越快，應(yīng)用范圍越來越廣，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也越來越大。2002年出版的《國防科技名詞大典》中，將“表面工程”定義為:將材料表面與基體一起作為一個系統(tǒng)進行設(shè)計，利用表面改性轉(zhuǎn)化技術(shù)、薄膜技術(shù)和涂鍍層技術(shù)，使材料表面獲得材料本身沒有而又希望具有的性能的系統(tǒng)工程。表面工程不是各種表面技術(shù)的簡單組合，而是具有豐富的內(nèi)涵［1］，它以“表面”為研究核心，在有關(guān)學(xué)科理論基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機理，應(yīng)用各種表面工程技術(shù)及其復(fù)合為特色，逐步形成了與其它學(xué)科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程具有學(xué)科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境的保護性、很強的實用性和巨大的增效性。

現(xiàn)代表面工程的含義很廣，它概括了表面處理、表面加工、表面涂層、表面改性以及薄膜技術(shù)等內(nèi)容。它的最大優(yōu)勢就是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能;改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能。

表面工程技術(shù)是通過某種工藝手段，賦予表面不同于基體材料的性能以滿足某種特定的功能需求，與提高材料自身性能的技術(shù)途徑相比，具有難度小、快捷、成本低、可修復(fù)等特點［2］。代表表面工程發(fā)展的現(xiàn)代表面工程技術(shù)有電刷鍍;熱噴涂;粘接;激光、電子束等高能表面淬火、表面熔覆、合金化;離子鍍膜等薄膜技術(shù)，PVD、CVD等。我國在“六五”計劃以來，通過在設(shè)備維修領(lǐng)域和制造領(lǐng)域推廣應(yīng)用表面工程技術(shù)已取得了幾百億元的經(jīng)濟效益［3］。這期間就開始推廣應(yīng)用早期的電刷鍍和熱噴涂技術(shù)，后來隨著技術(shù)的進步，現(xiàn)代表面工程技術(shù)在國民經(jīng)濟中得到越來越多的應(yīng)用。

1　現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空維修上的應(yīng)用

現(xiàn)代表面工程技術(shù)在國內(nèi)外航空維修領(lǐng)域應(yīng)用已有很多年了。針對航空器所使用的材料種類、型號多，零部件結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜，性能各異的特點，采用相應(yīng)的表面工程技術(shù)能大大地提高修復(fù)率和可靠性，有效增加零部件的使用壽命，并且產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益。

現(xiàn)代表面工程包括三大技術(shù):表面改性轉(zhuǎn)化技術(shù)、薄膜技術(shù)和涂鍍層技術(shù)。

通過這些技術(shù)，使得材料表面實現(xiàn)某些特定的功能，如裝飾、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、抗疲勞等。表面工程常用工藝及用途見表1。

表1　表面工程常用工藝及用途

航空器維修主要集中在結(jié)構(gòu)零部件、各系統(tǒng)部附件、發(fā)動機零部件修理以及密封、防腐等方面。隨著復(fù)合材料、工程塑料等新型材料在航空器上應(yīng)用逐漸增加，表面工程在航空器制造和維修中將會得到更加廣泛深入的發(fā)展和應(yīng)用。下面以幾個表面工程技術(shù)應(yīng)用實例說明。

1.1飛機橡膠油箱噴涂KF防老化膠

飛機橡膠油箱均為丁腈類型混煉膠，耐油性能優(yōu)越，但外表抗空氣老化性能一般。KF型是由某航空修理工廠與航空材料研究所合作研制成功的，具有較強的抗老化能力，油箱外表面噴涂一層后，能有效增加油箱的使用壽命。如國產(chǎn)某型飛機，全機有9個橡膠燃油箱。噴涂前1號～4號油箱的技術(shù)壽命為12年，5號、6號油箱為9年。該機的首翻修期為1000飛行小時10年，因此，隨飛機進廠翻修的油箱都已到或接近壽命期，必須更換新件。經(jīng)噴涂KF防老化膠后，其中1號～4號油箱總壽命延長至20年，5號～6號油箱延長至15年，這樣就大大地提高了飛機橡膠油箱的修復(fù)率，大約有95%的隨機進廠油箱，可按修理工藝進行故檢、修理、噴膠后使用。實踐證明，油箱裝機后的產(chǎn)品質(zhì)量，沒有出現(xiàn)任何問題。

1.2電刷鍍技術(shù)修復(fù)部分飛機零、部件

刷鍍技術(shù)是西方航空維修中采用的電鍍技術(shù)之一，其特點是可以靈活地直接在零件表面用刷鍍筆完成各種電鍍處理，特別適用于不分解零(組)件的局部電鍍［4］。電刷鍍技術(shù)又稱無槽電鍍，在“六五”期間就已被列入國家重點新技術(shù)、新工藝推廣項目，在一般的設(shè)備維修方面應(yīng)用產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益。航空產(chǎn)品由于使用條件特殊，在安全、質(zhì)量上要求高，其應(yīng)用推廣比較慎重。隨著刷鍍電源、鍍液以及工藝的不斷進步，十多年來已被航空維修部門所接受。例如我們采用Ni－Fe－W渡液修復(fù)飛機渦輪冷卻器轉(zhuǎn)子軸頸、機頭調(diào)節(jié)錐體滑動塊以及航炮前固定點局部磨損件的修復(fù)等，都已取得成功的經(jīng)驗。同時對于一些不便進行分解組合件的局部表面鍍層修復(fù)，具有它獨特的優(yōu)勢。

1.3用DJB－823固體薄膜、保護劑改善飛機電器元件、接插件的可靠性

DJB－823保護劑為人工合成高分子化合物，1982年由北京郵電學(xué)院彭道儒教授研制成功，用于金屬器件表面的緩蝕劑，同時具有良好的潤滑、減摩性能，其涂層厚度一般只有1－2μm，導(dǎo)電性能良好，十多年來，在飛機大修中得到較為廣泛的應(yīng)用。如飛機電纜插頭插釘?shù)谋砻嫱繌?fù)，防止插釘銀層表面腐蝕發(fā)黑，減小撥插力，提高了電接觸的可靠性，使飛機大修中電氣系統(tǒng)出現(xiàn)的早期故障明顯減少。某型飛機瞄準具計算器的距離電位計組和時間電位計組滑道表面，大修中用823保護劑涂復(fù)后，摩擦系數(shù)減小，電刷接觸時不產(chǎn)生銅粉，避免了因銅粉造成的短路故障。

1.4采用真空離子鍍TiN膜修復(fù)飛機助力器油針

某型飛機上的ZL－5助力器油針，長期使用后工作面產(chǎn)生磨損痕跡，有的影響到油針的配合靈敏度，翻修時將表面損傷研磨后的配合間隙達不到要求。由于該油針制造復(fù)雜，材料為12CrNi13A鋼，表面滲碳后硬度HRC58－63，型面加工精度高。該廠曾與外單位協(xié)作，對油針工作面制作TiN硬質(zhì)膜進行應(yīng)用研究，并取得成功。

1.5用電脈沖冷焊技術(shù)修補飛機零、部件缺陷

飛機翻修中的某些零、部件，如阻力傘艙門鎖勾內(nèi)弧面的磨損;起落架活塞桿和襟翼作動筒活塞桿表面的腐蝕坑點、局部劃傷、刻傷等小面積損傷，采用電脈冷焊技術(shù)取得成功。所用設(shè)備是國產(chǎn)的CM－3450B型工模具修補機，補材選用粒度為140 －170的鐵鉻硼硅自熔合金粉FFe－02，硬度HRC32－45和鎳鉻硼硅合金粉FNi－07A，硬度HRC40－50。一般可選用與基本金屬相同材料的補材，補材可以是片材、絲材和粉劑，按一定的工藝程序操作，修補處屬于微冶金狀態(tài)，結(jié)合力強，而熱影響區(qū)極小(小于0.2mm)，被修補零件基體強度不下降，不變形。因此，一定范圍內(nèi)在航空維修方面有它獨特的優(yōu)勢。

2　推廣現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空維修應(yīng)用的分析

推廣現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空器維修中應(yīng)用，是保證航空器的可靠性，恢復(fù)其原有技術(shù)狀態(tài)的一種技術(shù)轉(zhuǎn)移活動。推廣表面工程技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是——轉(zhuǎn)變觀念。另外，針對航空器使用中的問題和薄弱環(huán)節(jié)，采用更先進的技術(shù)措施進行維修和改進;以科學(xué)為依據(jù)，循序漸進，確保維修質(zhì)量和安全;采取橫向協(xié)作，解決應(yīng)用中的技術(shù)、設(shè)備、材料等方面的不足。

2.1轉(zhuǎn)變觀念是關(guān)鍵

國際表面工程界人士認為，中國在表面工程科研和新技術(shù)研究上基本與國際同步，成果令人矚目，但生產(chǎn)應(yīng)用方面則有幾十年差距，這種狀態(tài)長期得不到改變，主要原因有:表面工程與技術(shù)得不到應(yīng)有的重視，科技規(guī)劃中對表面工程與技術(shù)的教育、科研以及推廣應(yīng)用方面投入不夠。在政策層面上先進表面工程技術(shù)的價值得不到承認，嚴重妨礙其技術(shù)推廣和產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)。

2.2針對航空裝備使用中的問題，采用先進的表

面工程技術(shù)，進行改進性維修

從技術(shù)發(fā)展的角度來講，進入維修的航空器一般都已使用了一個時期，維修時的技術(shù)、工藝水平，就必然比航空器原設(shè)計制造時有所進步，因此，客觀上完全有條件采用更為先進的技術(shù)和手段，來實現(xiàn)改進性維修。就80年代中期國內(nèi)推廣應(yīng)用的熱噴涂技術(shù)來說，到今天就得到迅猛的發(fā)展。熱噴涂工藝方法主要有火焰噴涂法、爆炸噴涂法、超音速噴涂法、電弧噴涂法、等離子噴涂法和激光噴涂法等［5］?！熬盼濉逼陂g出現(xiàn)的高速火焰噴涂和超音速電弧噴涂又使噴涂質(zhì)量大大提高。在等離子噴涂方面，已研究出射頻感應(yīng)藕合式等離子噴涂、反應(yīng)等離子噴涂及微等離子噴涂，隨著噴涂設(shè)備的不斷進步，相應(yīng)的噴涂材料、噴涂工藝也得到不斷的改進。其他涂層技術(shù)、薄膜技術(shù)、表面強化和改進性技術(shù)等都有日新月異的發(fā)展。這些表面工程技術(shù)的應(yīng)用，在保證飛機、發(fā)動機翻修方面起到了極為重要的作用［6］。

2.3根據(jù)航空產(chǎn)品的特點，以科學(xué)為依據(jù)，循序漸進，確保維修質(zhì)量和安全

航空產(chǎn)品的特點，首要是質(zhì)量和安全。任何一項成功的現(xiàn)代表面工程技術(shù)在航空維修上應(yīng)用，都必須經(jīng)過嚴格的工藝試驗，技術(shù)鑒定和裝機試用，按照航空產(chǎn)品維修質(zhì)量管理規(guī)定程序進行。某工廠在早期使用電刷鍍時，出現(xiàn)飛機還沒出廠局部鍍層就有掉塊現(xiàn)象，隨后嚴格控制各項工藝程序，進行了彎曲、折斷、偏磨、杯突、硬度等項鍍層強度和結(jié)合力的試驗，逐步將工藝質(zhì)量穩(wěn)定下來。電脈沖冷焊技術(shù)修補試驗時，發(fā)現(xiàn)工件修補焊接處的金相組織缺陷，有未完全熔合好的空洞和發(fā)紋存在，這對某些重要零件和關(guān)鍵部位是不允許的。因此，目前把需要修補的飛機零件大致分為三種類型。Ⅰ類件為重要承力件，對高強度合金鋼的疲勞裂紋銼修后的缺陷修補，修補加工后必須作無損探傷檢查，不允許有裂紋、發(fā)紋和其他缺陷存在;Ⅱ類件為飛機上一般零件或重要零件非關(guān)鍵承力部位的局部磨損、缺陷;Ⅲ類件為飛機上一般零件或重要零件非關(guān)鍵承力部位的劃傷、刻傷和腐蝕坑點的修補。試用合格后，成熟一項推廣應(yīng)用一項，編寫相應(yīng)的工藝卡，進行有效的質(zhì)量管理。

2.4采取橫向協(xié)作，解決應(yīng)用中的技術(shù)、設(shè)備、材料等方面的不足

對于現(xiàn)代表面工程技術(shù)的推廣、應(yīng)用，一般會遇到技術(shù)、設(shè)備、材料和試驗手段上的困難，使應(yīng)用研究和應(yīng)用推廣工作難于發(fā)展。采用走出去和相關(guān)科研院所、專業(yè)廠家開展橫向協(xié)作，可以針對某個維修中的具體項目、具體問題為先導(dǎo)，取得成功后，逐步地把應(yīng)用、推廣工作開展起來。

3　結(jié)論

面對知識經(jīng)濟的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，表面科學(xué)和現(xiàn)代表面工程技術(shù)必將得到更加迅速的發(fā)展。在新一代的航空器和航空產(chǎn)品上，現(xiàn)代表面工程技術(shù)已經(jīng)越來越多地被采用，而對在用的或較老的一代航空器和航空產(chǎn)品的維修，都需要這一先進技術(shù)的推廣應(yīng)用。跟蹤現(xiàn)代表面工程技術(shù)的發(fā)展，努力進行應(yīng)用研究，積極推廣應(yīng)用成果，將成為大家的共識。

參考文獻:

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［5］付俊波，周世魁.熱噴涂技術(shù)在航空發(fā)動機零部件及其維修中的應(yīng)用［J］.失效分析與預(yù)防，2006，(2).

［6］周立仁.認真總結(jié)經(jīng)驗，加快表面工程技術(shù)在飛機翻修中推廣應(yīng)用［J］.表面工程，1997，(4).

［編校:楊琴］

The Applied Analysis of Modern Technologies of Surface Engineering in Aviation Maintenance

SONG Naijian，SONG Jiayin
(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College，Changsha Hunan 410124)

Abstract:Modern technologies of surface engineering have got dramatically development.The new equipment，materials and technology craft in their application have also got full success.This paper，through an analysis of the application status of technologies of surface engineering in aviation maintenance，proposes how to further develop this technology in aviation maintenance.

Key words:surface engineering; modern technologies of surface engineering; aviation maintenance

作者簡介:宋乃堅(1957－)，男，吉林樺甸人，高級技師，研究方向為飛機維修工藝與材料。

收稿日期:2015－12－07

中圖分類號:TG17

文獻標識碼:A

文章編號:1671－9654(2016)01－036－04