热喷涂技术在飞机轮毂轴承孔修理中的应用

摘 要：对于严重腐蚀和磨损的飞机轮毂轴承安装孔，从其热喷涂涂层性能要求出发，分析了可应用的热喷涂技术，介绍了飞机轮毂轴承安装孔热喷涂修理流程，分析了飞机轮毂轴承安装孔热喷涂修理的质量控制要求。

关键词：热喷涂技术；轮毂；修理；应用

引言

热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，依靠热源自身或外加的压缩气流，将其以一定的速度喷射到经预处理的基体表面，形成具有足够结合强度和特定性能的涂层。热喷涂涂层具有耐磨损和耐腐蚀等优良性能，并能对工件因磨损和腐蚀等引起的尺寸变化进行修复，在航空航天、机械制造、交通等领域得到了广泛应用。

飞机轮毂长时间使用后，轮毂轴承安装孔会出现腐蚀或磨损。对于严重腐蚀和磨损，通常采用加装钢衬套来修理轮毂轴承安装孔。每次加装钢衬套修理，需要加工去除轮毂基体上的损伤和腐蚀。钢材料较硬，并且钢衬套外径表面若有损伤，容易损伤轮毂轴承安装孔。轮毂轴承安装孔修理有一定的极限尺寸，加装钢衬套修理轮毂轴承安装孔会缩短半轮毂的使用寿命。从修理飞机轮毂轴承安装孔的热喷涂涂层性能要求出发，分析可应用的热喷涂技术，介绍轮毂轴承安装孔热喷涂修理流程，分析轮毂轴承安装孔热喷涂修理的质量控制。

1 飞机轮毂轴承安装孔的热喷涂涂层性能要求

飞机机轮主要用于在地面支撑飞机并使飞机能够在地面滑行。在使用过程中，机轮会承受较大的静载荷、动载荷和冲击载荷。机轮主要是由轮毂和轮胎组成。轮毂上安装有内、外侧轴承。机轮通过轴承与起落架轮轴配合。施加在飞机轮毂轴承安装孔上的热喷涂涂层会承受较大的静载荷、动载荷和冲击载荷。

飞机轮毂材料是铝合金。热喷涂涂层与轮毂铝合金基体要有较高的结合强度，涂层应有较高的硬度，涂层应具备较好的耐磨损及耐腐蚀性能。如霍尼韦尔公司标准施工手册规定，热喷涂涂层与轮毂铝基体的结合强度应不小于34.5MPa，涂层硬度应为70-90HRB，涂层孔隙率应不大于10%，氧化物含量应不大于40%[1]。

2 飞机轮毂轴承安装孔修理应用的热喷涂技术

飞机轮毂轴承安装孔基体材料为铝合金。热喷涂涂层材料应与铝合金基体有较好的浸润性和兼容性。常用的喷涂材料为镍铝合金（95%镍，5%铝）、铝硅合金（5%-12%硅）。热喷涂技术应与喷涂材料匹配。应用于轮毂轴承安装孔修理的热喷涂技术应确保热喷涂涂层性能满足要求。满足轮毂轴承安装孔修理要求的热喷涂技术有等离子喷涂、高速火焰喷涂和超音速电弧喷涂等。

（1）等离子喷涂是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，以高速喷射并沉积到预先处理过的工件表面上。等离子喷涂具有超高温特性，喷射粒子的速度高，涂层与基体的结合强度大致范围为60-77MPa，涂层孔隙率大致范围为2%-3%[2]。（2）高速火焰喷涂（HVOF）是利用氢、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧气作为氧化剂，在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧，产生高温高速燃烧焰流，其燃烧焰流速度可达2000m/s以上，将喷涂粉末送进焰流中，产生熔融或半熔融的粒子，高速撞击在基体表面上沉积形成涂层。涂层与基体的结合强度可达100MPa，涂层孔隙率大致范围为1%-5%[2]。（3）超音速电弧喷涂是集成常规电弧喷涂和高速火焰喷涂的喷涂技术。采用燃料和空气的混合气燃烧产生的超音速射流，雾化电弧熔融的粒子并对粒子进行加速，使熔融的高速粒子喷射到基体表面形成致密的涂层。涂层与基体的结合强度可达60MPa，涂层孔隙率小于1%[3]。

3 飞机轮毂轴承安装孔热喷涂修理流程

（1）加工轮毂轴承安装孔，直到完全去除损伤和腐蚀。尽可能少地去除材料。加工后的尺寸必须在轮毂部件维护手册规定的尺寸限制范围内。（2）涡流探伤或渗透探伤检查轮毂轴承安装孔加工区域。确保加工区域无裂纹等缺陷。（3）按轮毂部件维护手册喷丸强化规定区域。（4）喷砂粗化待热喷涂区域。确保无砂粒嵌入喷砂表面。（5）清洁待热喷涂区域。确保无水分、滑油、油脂、砂粒等。（6）根据需要，将半轮毂预热到规定温度。（7）将半轮毂装在能使半轮毂以固定转速旋转的夹具上。（8）在喷砂粗化后的规定时间内，使用合适的喷涂材料进行热喷涂。若采用底部粘结层和面层结构，在喷涂底部粘结层后应立即喷涂面层。喷涂速度应根据喷涂材料和热喷涂方法进行设定。确保受热喷涂影响的轮毂区域温度不超过规定值。热喷涂轮毂轴承安装孔到规定尺寸。（9）将热喷涂后的轮毂轴承安装孔加工到规定尺寸。（10）检查热喷涂涂层质量。确保无裂纹、松动颗粒、剥落等缺陷。

4 飞机轮毂轴承安装孔热喷涂修理质量控制

4.1 热喷涂修理前试样测试

在对轮毂轴承安装孔进行热喷涂修理前，应制作与轮毂相同材料的直径为25毫米的试样，对试样进行测试确定应用于轮毂轴承安装孔修理的热喷涂工艺参数。试样的喷涂条件应与轮毂轴承安装孔的喷涂条件一致。试样的热喷涂涂层厚度应与最大允许完工涂层绝对厚度一致。试样应进行结合强度、显微硬度和显微结构冶金测试。至少3个试样进行结合强度测试。至少1个试样进行显微硬度和显微结构冶金测试。在热喷涂方法、设备和喷涂材料发生变化时，应制作试样进行结合强度和冶金测试。

4.2 热喷涂工艺参数控制

热喷涂工艺参数是决定涂层质量的关键。需要对工艺参数进行优化和控制，保证被喷涂的材料粒子都能加热到熔融或半熔融状态，高速射向基体并均匀地沉积，形成致密的与基体有良好结合的涂层。对于等离子喷涂，在特定设备、喷枪和喷涂材料条件下，影响涂层质量的主要工艺参数为电弧功率、工作气体流量、送粉气流量、喷枪与工件距离以及喷枪与工件的相对移动速度等。对于高速火焰喷涂，影响涂层质量的主要工艺参数为氧气和燃料的比例、送粉量、喷枪与工件距离等。对于超音速电弧喷涂，影响涂层质量的主要工艺参数为喷枪、空气压力、电流、喷枪与工件距离等。

4.3 轮毂轴承安装孔热喷涂前表面处理

热喷涂涂层与基体的结合主要为机械结合。轮毂轴承安装孔热喷涂前需进行净化和粗化处理。净化处理确保轮毂轴承安装孔表面干净。粗化处理使轮毂轴承安装孔表面粗造化，提供更多的“抛锚”咬合点。轮毂轴承安装孔采用喷砂粗化，应对砂粒材料、喷砂压力和喷砂角度等进行控制。

5 结束语

应用合适的热喷涂技术，能够获得满足结合强度要求、具有较好的耐磨损及耐腐蚀性能的涂层，可以修复飞机轮毂轴承安装孔。对于大中型飞机维修单位，应用热喷涂技术对飞机及其零部件进行表面处理和修复，具有积极的意义。

参考文献

[1]HONEYWELL标准施工手册32-49-01[Z].

[2]李君.热喷涂技术应用与发展调研分析[D].吉林大学，2015.

[3]查柏林，王汉功，杨晖，等.超音速电弧喷涂技术[J].机械工人，2002（6）.

作者简介：杨先学，工程师，主要从事飞机起落架附件维修开发及技术支援工作。