超音速火焰噴涂層的熒光滲透檢測

王樹志, 劉廣華, 王本志, 高文博, 焦子千

(1.中國航發北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價北京市重點實驗室材料檢測與評價航空科技重點實驗室, 北京 100095；2.北京百慕航材高科股份有限公司，北京 100095)

在國內，超音速火焰噴涂技術已廣泛應用于航空高強度鋼和鈦合金的防護中，如：起落架、活塞桿、柱塞、艙門插銷、阻力板和鈦合金襟翼滑軌等零件表面的防護[1-2]。

筆者以AerMet100鋼試樣表面碳化鎢涂層為熒光滲透檢測工藝試驗對像。使用不同的涂層材料和磨削工藝制作出大量的表面缺陷，并進行熒光滲透檢測，然后對缺陷的熒光顯示結果進行比對，分析產生缺陷的原因。另外，對缺陷進行評價和分類，為火焰噴涂層熒光滲透檢測顯示的評價提供數據支撐和實際指導，為起落架等關鍵件的質量控制和飛機的安全運行提供數據支持和保障。

1 試驗材料與方法

試驗材料選用AerMet100鋼，涂層選用Co基WC粉末(即鈷基碳化鎢粉末)。AerMet100鋼是我國自主研制的超高強度耐蝕鋼，用于起落架等高承力部件上[3],其主要化學成分質量分數如表1所示。按照工藝流程對鋼制圓棒試樣進行噴涂，然后按照磨削和拋光組合的方式進行加工而獲得不同表面狀態火焰涂層的圓棒試樣；通過調整不同的磨削工藝，共得到40個圓棒試樣。最后，對不同的圓棒試樣進行熒光滲透檢測，滲透檢測工藝采用后乳化四級靈敏度，Ⅰ類D法a型(即：親水后乳化型熒光滲透液+干粉顯像劑)，工藝參數按照現場工藝規程執行。記錄檢測結果并進行比對分析，最終得到了不同缺陷的圖譜。

表1 AerMet100鋼合金質量分數 %

2 試驗結果

使用四級靈敏度后乳化滲透劑對40件試樣進行檢測,并對檢測結果進行分類，共分為1種正常檢測背景和5種異常情況。5種異常情況分別為磨削裂紋、大面積熒光背景、環帶熒光顯示、團狀熒光顯示和點狀熒光顯示等5種。

2.1 磨削裂紋熒光顯示

試樣上發現的磨削裂紋的滲透檢測結果如圖1所示，其形貌特征呈網狀和平行線狀。端部容易出現線狀顯示，輕微的網狀裂紋只在裂紋交合處有顯示。對顯示處進行擦拭后,滲透檢測結果如圖2所示，可見輕微的磨削裂紋擦試后幾乎沒有返滲，嚴重的磨削裂紋返滲比較明顯。重新顯像后，輕微的磨削裂紋只有部分出現顯示(見圖3)。

圖1 試樣磨削裂紋熒光顯示

圖2 擦拭后的試樣磨削裂紋熒光顯示

圖3 重新顯像后的試樣磨削裂紋熒光顯示

2.2 大面積背景顯示

在部分試樣上發現整體表面出現嚴重的熒光背景(見圖4)。擦拭后返滲不明顯(見圖5)，但重新顯像后背景重現(見圖6)。而該現象在實際制件的熒光滲透檢測過程中也會時常出現，有的經過擦拭后更是返滲明顯。

圖4 試樣大面積熒光背景顯示

圖5 擦拭后試樣大面積熒光背景顯示

圖6 重新顯像后試樣大面積熒光背景顯示

2.3 環帶熒光顯示

試樣典型環帶熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結果如圖7～9所示，可見其特征是整個背景下出現了周向的環帶狀顯示，擦拭后返滲非常明顯，重新顯像后顯示進一步得到加強。該類熒光顯示特征明顯、對比度也比較高，評判較容易；但應注意，該顯示容易在大面積磨削裂紋或者環帶中摻雜著磨削裂紋的情況下出現。

圖7 試樣環帶熒光顯示

圖8 擦拭后試樣環帶熒光顯示

圖9 重新顯像后試樣環帶熒光顯示

2.4 團狀熒光顯示

試樣典型團狀熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結果如圖10～12所示，其特征是在較好的熒光背景下出現了團狀的顯示，擦拭后返滲明顯，重新顯像后顯示進一步得到加強。該類熒光顯示比較明顯，對比度較高，評判難度較低。

圖10 試樣團狀熒光顯示

2.5 點狀熒光顯示

試樣典型點狀熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結果如圖13～15所示，其特征是在整個背景下出現了離散狀點狀的顯示，擦拭后返滲不明顯，重新顯像后顯示進一步得到加強。該類熒光顯示分布面積廣且較為均勻，對比度不高，評判難度較大，應該引起檢驗人員的高度重視。

圖11 擦拭后試樣團狀熒光顯示

圖12 重新顯像后試樣團狀熒光顯示

圖13 試樣點狀熒光顯示

圖14 擦拭后試樣點狀熒光顯示

圖15 重新顯像后試樣點狀熒光顯示

3 結果分析

以上試驗結果表明，AerMet100鋼制件表面碳化鎢涂層經過磨削后進行熒光滲透檢測，容易出現由于磨削工藝控制不當而引起的缺陷顯示。

其中磨削裂紋是最為常見的缺陷，缺陷特征比較明顯，易于評價，但應注意輕微的磨削裂紋要結合整體的背景來進行整體評價，不要輕易使用擦拭方法，否則很容易將缺陷擦掉而沒有返滲現象。

對于大面積的熒光背景，已經不具備滲透檢測條件，建議按照制造工藝要求重新處理表面，再進行滲透檢測，直到背景合格為止。

對于點狀顯示，應注意輕微的點狀顯示，要結合整體的背景整體評價，不要輕易使用擦拭的方法，否則很容易將缺陷擦掉而沒有返滲現象。

對于條帶和團狀的顯示，顯示比較明顯，熒光亮度較高，很容易分辨，可直接按照驗收標準判定。

4 結語

對AerMet100鋼制件表面碳化鎢涂層典型缺陷熒光顯示進行了系統的分析和分類，為熒光滲透檢測人員現場評價提供了理論支持和實操依據。

目前，很多驗收標準除了支持磨削裂紋以外，對于其他異常顯示并未進行明確規定，因此要結合實際情況和研究數據，由相關部門確定進一步方案。