航空發動機維修用CoMoCrSi耐磨涂層制備工藝研究

劉瑞 郭雙全 馮云彪

摘? 要：CoMoCrSi合金以其優良的耐磨性得到了廣泛應用。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。結果表明經過優化后的涂層顯微組織、硬度、結合強度滿足航空發動機大修要求。

關鍵詞：熱噴涂;航空發動機;耐磨涂層;維修

1 引言

Co基合金具有優良的物理性能、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基合金在耐磨領域的重要應用之一就是CoMoCrSi耐磨合金[1]，CoMoCrSi鈷基耐磨合金屬于金屬間化合物強化型鈷基合金，T800是其中的典型代表[2，3]，它不同于傳統的碳化鎢強化型鈷基合金，由于合金中加入過量的鉬和硅，噴焊層在結晶過程中析出硬質相Laves相（CoMoSi相），該相的含量達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，具有優良的耐磨損、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相的含量多少嚴重影響著合金的性能。CoMoCrSi耐磨合金組織的結構與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小。在相當寬的溫度范圍內能保持優良、光滑的表面性能。本文介紹了某型航空發動機大修過程中遇到的CoMoCrSi耐磨涂層的制備工藝及涂層性能。

2 試驗方法

試驗原材料采用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，設備為Sulzer Metco公司的UiCoat等離子噴涂設備，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，依據金屬粉末流動性的測定標準漏斗法（霍爾流速計）GB 1482-84標準測量粉末的流動性。涂層的結合強度采用粘結拉伸法檢測，試樣與預噴砂的對接件采用FM1000膠膜片粘結，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（型號：MACROMET 5121）儀器，依據金屬熱噴涂層表面洛氏硬度試驗方法GB 8640-88標準，測量噴涂態的涂層表面洛氏硬度，測量五個值，取平均值。

3 結果與分析

3.1 粉末基本性能

CoMiCrSi粉末的化學成分如表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?；魻柫魉儆嫓y得的三次平均值流速為17.6 s/50g，流動性好。

Ni包Al粉末的化學成分如表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，該粉末屬于機械合金化包覆的粉末?；魻柫魉儆嫓y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）的正交設計表，因素為Ar流量、距離、H2流量、電流。以隨機抽取試驗號為實驗順序，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分標準，經過正交試驗后的極差分析表明，影響噴涂工藝的因素的主次關系為：Ar流量>距離>H2流量>電流。最優的方案如表3所示，優化后涂層的金相顯微組織如圖3所示。涂層孔隙率小于5%，涂層中存在個別的近球形孔洞，孔徑小于10 ?m，不會形成大的應力集中，氧含量低，氧化不嚴重，片層鋪展狀態良好。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，滿足航空發動機大修的顯微組織要求。

優化后涂層的結合強度值為：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。滿足航空發動機大修要求。

4 小結

等離子噴涂法制備的CoMoCrSi涂層經過工藝參數優化后，金相顯微組織致密，氧含量低，硬度和結合強度滿足航空發動機大修要求。

參考文獻

[1] 紀朝輝， 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， 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.

[3] C. Navas ， M. Cadenas ， J.M. Cuetos， et al. Microstructure and sliding wear behaviour of Tribaloy T-800 coatings deposited by laser cladding [J]. Wear， 2006， 206： 838-846.