化学法去除碳化钨-钴涂层的工艺

李晗晔*，冮冶，刘志强

（中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司技术中心，辽宁 沈阳 110043）

化学法去除碳化钨-钴涂层的工艺

李晗晔*，冮冶，刘志强

（中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司技术中心，辽宁 沈阳 110043）

采用化学法分别去除GH4169合金及TC4合金基材表面的WC-Co等离子喷涂层。通过正交试验对去除液配方和处理温度进行优化。GH4169基WC-Co涂层的最优去除工艺条件为：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂层的最优去除工艺条件为：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度30 ℃。采用上述工艺可有效去除GH4169和TC4表面的WC-Co涂层，对基体无明显的化学腐蚀，不会导致基体吸氢。1 L去除液可处理约10 dm20.3 mm厚的WC-Co涂层。

钛；高温合金；碳化钨；钴；等离子喷涂层；去除

WC-Co金属陶瓷涂层由于具有良好的耐磨损抗腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、冶金、石油化工、机械等领域。WC-Co涂层中的WC陶瓷相具有能和金刚石媲美的硬度，而Co金属则可提供涂层所需的韧性和结合强度，因此该涂层被广泛用于修复损伤零件和具有高耐磨性要求的零部件[1-3]。某大修机级间封严环、后机匣等零部件在1个飞行周期后，就需要进行WC-Co涂层返修。对零件的残余旧涂层，目前多采用机械打磨后再吹砂的方法去除。采用机械法去除易导致零件变形、壁厚减薄和表面完整性变差，会对后期零件的装配和使用过程中发动机的可靠性产生不利影响。

化学法去除各类涂层是国内外常用的工艺手段之一[4-6]，只要遵循对基体损伤在合理范围内及工艺过程可控的原则，通过选取适宜的腐蚀溶液与工艺过程即可快速有效地去除各类涂层，避免机加过程对零件的损害。WC-Co涂层中Co以金属单质形式存在，易与氧化性酸发生反应生成Co2+离子，从而使涂层在腐蚀反应过程中逐渐分解。本文通过涂层去除的正交试验，考察了反应溶液、处理温度等因素对以GH4169、TC4为基体材料的WC-Co涂层去除效果的影响，确定了合理的化学法去除WC-Co涂层的工艺。

1 实验

1.1 基体材料

基体材料为50 mm × 50 mm × 5 mm的某型机用GH4169和TC4合金，其表面预先通过等离子喷涂0.3 mm厚的WC-Co涂层。

1.2 工艺流程

除油—水洗—酸洗除涂层—流动冷水洗—中和—清理—热水洗—吹干。

1.3 去除涂层的酸洗液配方和工艺

1.4 实验方案

以除净WC-Co涂层的时间为指标，按L9(43)正交表进行正交试验，考察去除液中硝酸含量、双氧水含量和去除温度对GH4169和TC4合金基WC-Co涂层去除效果的影响，以确定合理的化学法去除WC-Co涂层工艺。

1.5 检测方法

由于涂层外观与基体材料之间的差别显著，可先通过目视判断涂层是否去除干净，再采用德国LEICA公司DMI500M型金相显微镜进一步观察化学法去除涂层的效果和对基体材料表面状态的影响。采用RH-404型定氢仪(美国LECO公司)检测基材的含氢量(体积分数)。

2 结果与讨论

2.1 正交试验结果

正交试验结果和极差分析如表1所示。

表1 正交试验结果及极差分析Table 1 Results of orthogonal test and range analysis

由表1中各因素的极差可知，影响GH4169、TC4合金基WC-Co涂层去除效果的主次因素分别为：双氧水含量 > 温度 > 硝酸含量，温度 > 双氧水含量 > 硝酸含量。从各因素的均值看，GH4169基WC-Co涂层的最优去除工艺为：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度35 ℃或45 ℃。TC4合金基WC-Co涂层的最优去除工艺为：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度40 ℃。考虑到反应为放热反应，温度太高会影响操作环境，因此选定前者的处理温度为35 ℃，后者的处理温度为30 ℃。在最优工艺条件下，GH4169、TC4合金基WC-Co涂层除净的时间分别为28 min和30 min。

2.2 涂层去除工艺对TC4基体含氢量的影响

由于钛合金材料对氢较为敏感，在酸溶液中存在吸氢的可能。为避免由于氢脆而造成钛合金材料发生脆性断裂，考察了化学法去除WC-Co涂层对TC4基体含氢量的影响。在35 ℃下，采用30 mL/L HNO3+ 550 mL/L H2O2酸洗液分别对TC4合金和镀覆有WC-Co涂层的TC4合金进行酸洗处理，酸洗不同时间后TC4合金的含氢量如表2所示。从表2可知，采用试验确定的槽液配方去除WC-Co涂层后，TC4材料未明显增氢，说明该法去除WC-Co涂层对基体含氢量没有影响，即该法不会增加TC4合金零件的脆性。

表2 WC-Co涂层去除液对TC4基体含氢量的影响Talbe 2 Effect of WC-Co coating removal solution on hydrogen content of TC4 substrate

2.3 涂层去除工艺对基体表面状态的影响

图1所示为2种空白合金试样和采用上述最佳工艺去除表面WC-Co涂层后2种合金材料的截面形貌。从图1可知，涂层去除液对2种合金表面的腐蚀都不明显，因此采用正交试验确定的槽液配方去除 WC-Co涂层，对GH4169、TC4基体材料的表面状态没有不良影响。

图1 不同试样的截面形貌Figure 1 Cross-section morphologies of different samples

值得注意的是，H2O2氧化性极强，试片从槽液中取出后，脱落的涂层物质仍与溶液持续发生有气体逸出的化学反应，待反应终止后，槽液基本失效，很难再进行槽液调整，因此槽液应现配现用。初步估算得知，在本试验条件下，1 L槽液可腐蚀约10 dm2厚为0.3 mm的WC-Co涂层。

3 结论

(1)化学法去除GH4169合金基WC-Co涂层的最优工艺为：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂层的最优去除工艺为：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，处理温度30 ℃。

(2)采用化学法去除WC-Co涂层不会对GH4169、TC4基体造成腐蚀，对钛基体含氢量也无影响。

(3)1 L槽液可腐蚀约10 dm2、0.3 mm厚的WC-Co涂层。

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[1]王浩洋, 苏滨.1Cr9MOVNbN叶片WC-Co防护涂层结构与性能研究[J].焊接, 2010 (10): 33-36.

[2]裴延波, 陈浩, 王长江, 等.WC-Co涂层的发展现状与展望[J].石油化工腐蚀与防护, 2011, 28 (1): 1-4, 8.

[3]陈山.热喷涂涂层在航空修理上的应用[J].航空维修与工程, 2003 (6): 32-33.

[4]陈国强.粉末涂层的退除[J].电镀与环保, 1994, 14 (6): 33-35.

[5]任华.化学法去除叶片气膜孔内环境沉积物的工艺研究[J].中国新技术新产品, 2013 (19): 4-5.

[6]刘阳, 谭敦强, 陆德平, 等.化学法去除废旧硬质合金表面TiN涂层过程中的腐蚀行为[J].粉末冶金材料科学与工程, 2013, 18 (1): 20-25.

Removal of tungsten carbide-cobalt coating by chemical method

LI Han-ye*, GANG Ye, LIU Zhi-qiang

The plasma sprayed WC-Co coatings on surface of GH4619 and TC4 alloys were removed by chemical method.The removal bath composition and treatment temperature were optimized through orthogonal test.The optimal process conditions are HNO330 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 35 ℃ for removing WC-Co coating from GH4619 alloy substrate, and HNO370 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 30 ℃ for TC4 substrate.The WC-Co coatings on the surfaces of both GH4169 and TC4 can be removed effectively by using the given processes.There is no obvious chemical corosion and hydrogen absorption phenomena on the substrates during removal processing.1 L removal solution can be used to treat about 1 dm2of 0.3 mm-thick WC-Co coating.

titanium; superalloy; tungsten carbide; cobalt; plasma sprayed coating; removal

Technical Center of AVIC Shenyang Liming Aero-Engine (Group)Corporation Ltd., Shenyang 110043, China

TG174.36

A

1004-227X (2015)05-0269-03

2014-08-28

2014-12-10

李晗晔（1979-），女，河北保定人，硕士，高级工程师，主要研究方向为航空发动机零部件的表面腐蚀与防护。

(E-mail)li_hanye@sina.com。

周新莉]