冷噴涂技術(shù)有望應(yīng)用于民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)件修理

王娟

作為一種增材修理技術(shù)，冷噴涂可避免在使用焊接、熱噴涂等傳統(tǒng)修理技術(shù)過程中導(dǎo)致零部件變形等弊端，減少新件更換需求，因而備受維修業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，該技術(shù)的研究和應(yīng)用范圍仍僅限于軍用飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)件修理，但多家航空企業(yè)已經(jīng)在積極研究和取證，有望不久后將其應(yīng)用于民用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件修理。

近年來，作為改變飛機(jī)零部件生產(chǎn)方式的一種手段，金屬增材技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)不僅引起了制造商的廣泛關(guān)注，也使維修企業(yè)獲益匪淺。冷噴涂就是一種表面增材修理技術(shù)，可避免在使用焊接、熱噴涂等傳統(tǒng)修理技術(shù)過程中導(dǎo)致零部件變形等弊端，減少新件的更換需求。

冷噴涂技術(shù)的基本原理是通過將金屬離子加速至超聲速狀態(tài)，高速撞擊固體表面，在固體表面產(chǎn)生足夠的能量使金屬粒子與固體相結(jié)合。正如冷噴涂名字中的“冷”字那樣，該技術(shù)在噴涂基體表面產(chǎn)生的溫度不會(huì)超過150℃，工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱噴涂和焊接等其他傳統(tǒng)修理技術(shù)，從而可避免零件在修理過程中遭受應(yīng)力作用而發(fā)生變形的問題。

盡管冷噴涂修理技術(shù)已經(jīng)面世十多年，但目前該技術(shù)的研究和應(yīng)用范圍仍僅限于軍機(jī)上的機(jī)體結(jié)構(gòu)件修理。2000年，美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）開始開展冷噴涂修理技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，并于2001年創(chuàng)建了冷噴涂研發(fā)中心（Center for Cold Spray Research and Development）。該研發(fā)中心負(fù)責(zé)開展B-l轟炸機(jī)、F-18戰(zhàn)斗機(jī)、“黑鷹”直升機(jī)和“海鷹”直升機(jī)的冷噴涂修理工作。ARL冷噴涂研發(fā)中心表示，一直以來該中心在冷噴涂技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)方面均處于領(lǐng)先地位，并與幾乎所有應(yīng)用冷噴涂修理技術(shù)的大型企業(yè)有合作。目前，該中心在軍機(jī)上成功應(yīng)用冷噴涂修理技術(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)被移植至民用領(lǐng)域。

穆格（Moog）公司自2007年起就開始從事冷噴涂修理技術(shù)的研發(fā)，并與ARL合作開展冷噴涂技術(shù)在軍用和民用維修領(lǐng)域的研發(fā)和取證工作。該公司的冷噴涂解決方案是采用鈦、不銹鋼、銅和其他原料粉末對機(jī)輪、機(jī)身板件等各類部件進(jìn)行修理。該公司指出，目前冷噴涂修理技術(shù)最常見的應(yīng)用是修理因磨損、腐蝕而發(fā)生材料缺失的鎂鋁基體，如各類傳動(dòng)裝置殼體和變速箱等。

穆格公司強(qiáng)調(diào)，盡管冷噴涂修理技術(shù)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，但目前業(yè)內(nèi)對該技術(shù)的研究仍處于早期階段。隨著越來越多成功的修理案例的出現(xiàn)，更多的航空維修專家將會(huì)認(rèn)識到冷噴涂技術(shù)的優(yōu)勢所在，從而根據(jù)自身需求使該項(xiàng)技術(shù)得以應(yīng)用。

在冷噴涂修理技術(shù)的研發(fā)上，GE航空的子公司Avio航空（Avio Aero）緊跟穆格公司之后，于2010年開始與歐洲的各大院校、研究中心合作開展冷噴涂技術(shù)的研究。目前，Avio航空的研究重點(diǎn)是將冷噴涂技術(shù)應(yīng)用于鋁制零部件修理上，此外也正在探索擴(kuò)大冷噴涂修理技術(shù)可應(yīng)用的材料和零件范圍，甚至希望用冷噴涂徹底替代傳統(tǒng)的修理技術(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)航空（StandardAero）公司從2016年開始對冷噴涂技術(shù)在各類零部件和金屬材料的應(yīng)用上開展深度試驗(yàn)。該公司表示看好冷噴涂修理技術(shù)在包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各類零部件上應(yīng)用的可行性。但由于該技術(shù)尚屬新技術(shù)且未獲得認(rèn)證，需要開展技術(shù)論證，即與各類OEM廠商開展持續(xù)性合作以對零件修理情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查。標(biāo)準(zhǔn)航空希望能將更多的冷噴涂修理調(diào)查結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)修理手冊中的修理標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)航空指出，維修手冊的內(nèi)容將會(huì)隨著冷噴涂技術(shù)的演變而改變，這種改變將推動(dòng)整個(gè)行業(yè)逐漸接受冷噴涂修理技術(shù)在鋁、銅等軟質(zhì)金屬以及鎳基合金等更復(fù)雜材料上的廣泛應(yīng)用。

霍尼韋爾公司是另一家積極參與冷噴涂技術(shù)研發(fā)的公司。該公司早在2004年就開始對冷噴涂修理技術(shù)進(jìn)行調(diào)研。經(jīng)過最初4～5年的努力，霍尼韋爾對該修理技術(shù)有了深入了解，也配備了更先進(jìn)的修理設(shè)備。該公司在冷噴涂修理技術(shù)上取得的多項(xiàng)研發(fā)成果都是與那些技術(shù)實(shí)力雄厚、擁有最現(xiàn)代冷噴涂設(shè)備的供應(yīng)商合作取得的。

2009年，霍尼韋爾公司首個(gè)應(yīng)用冷噴涂技術(shù)完成修理的零件投入運(yùn)營;截至目前，霍尼韋爾累計(jì)使用冷噴涂技術(shù)完成了約70件零部件的修理工作。這些修理的零部件包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)變速器、泵殼和閥體等鋁、鎂制靜態(tài)結(jié)構(gòu)件，但均只限于尺寸修復(fù)而非結(jié)構(gòu)修理。霍尼韋爾指出，若能在結(jié)構(gòu)件上使用高壓冷噴涂修理技術(shù)將是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破。

美國阿克倫大學(xué)（University of Akron）的國家腐蝕和材料性能教育研究中心（National Center for Education and Research on Corrosion and Materials Performance）正在開展一項(xiàng)在結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用冷噴涂修理技術(shù)的研發(fā)項(xiàng)目。阿克倫大學(xué)在俄亥俄州政府的資助下，與Airborne維修工程公司（AMES）和SAFE公司（SAFE Inc.）密切合作，旨在取得FAA對于在民航飛機(jī)磨損件和腐蝕件上應(yīng)用冷噴涂修理技術(shù)的批準(zhǔn)。

AMES公司表示，F(xiàn)AA目前批準(zhǔn)的冷噴涂維修技術(shù)應(yīng)用范圍限于變速箱或殼體等附件。該公司正在努力向FAA證明冷噴涂技術(shù)可應(yīng)用于機(jī)體結(jié)構(gòu)件上，但前提是該公司需證明利用冷噴涂技術(shù)完成修理的部件是滿足適航規(guī)定的，能夠達(dá)到甚至超過原始設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在該項(xiàng)目的第一階段，AMES將選擇那些對適航影響程度相對較小的次級結(jié)構(gòu)件進(jìn)行修理驗(yàn)證，如蒙皮面板、空氣負(fù)載拱肋和波音767的機(jī)輪等結(jié)構(gòu)件。

該項(xiàng)目另一個(gè)引人注意的地方是AMES試圖申請將氮?dú)庥糜诶鋰娡啃蘩碇校饲暗睦鋰娡考夹g(shù)多數(shù)采用氦氣。AMES選用氮?dú)獾脑蚴堑獨(dú)獾某杀靖汀h(huán)保性能更好。盡管氮?dú)庖呀?jīng)應(yīng)用于軍機(jī)的冷噴涂修理中，但SAFE公司認(rèn)為該項(xiàng)目是氮?dú)庠诿窈骄S修領(lǐng)域中的首次應(yīng)用。

目前，隨著所有研究和試驗(yàn)工作的完成，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)向FAA提交了維修資質(zhì)申請資料，并在等待最終的評審結(jié)果。AMES公司希望評審能盡快通過，這樣他們就能盡早在其修理能力清單加入冷噴涂修理能力。

在維修能力清單中增加冷噴涂修理技術(shù)只是AMES的第一個(gè)階段目標(biāo)，下一階段的目標(biāo)是將冷噴涂技術(shù)用于主要結(jié)構(gòu)件的修理中。這將使冷噴涂修理技術(shù)變得更具吸引力，因?yàn)檫@些主要結(jié)構(gòu)件通常是價(jià)格較昂貴的飛機(jī)零部件。AMES認(rèn)為一旦冷噴涂技術(shù)可用于主要結(jié)構(gòu)件的修理，該技術(shù)將可能成為航空維修領(lǐng)域的一種通用技術(shù)，尤其對那些希望延長服役期限的老齡飛機(jī)更是如此。

霍尼韋爾公司堅(jiān)信冷噴涂修理技術(shù)能用于結(jié)構(gòu)修理，并認(rèn)為未來該技術(shù)會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，包括用于保護(hù)熱端部件的環(huán)保涂層的研發(fā)中。因此，該公司將會(huì)持續(xù)積極開展冷噴涂修理技術(shù)的研發(fā)工作。根據(jù)計(jì)劃，該公司今年將在菲尼克斯修理廠引進(jìn)一臺能開展冷噴涂結(jié)構(gòu)修理研究的高壓修理裝置，并以此不斷拓展維修新業(yè)務(wù)。

（藍(lán)楠，編譯至AW&ST Inside MRO2018-6）