IP防腐涂层在压气机叶片上的应用研究

■ 吴建军 肖雪萍 韩国忠/襄阳航泰动力机器厂 成都航利（集团）实业有限公司

0 引言

压气机叶片是航空发动机的重要零件，具有型面复杂、加工精度要求高等特点，叶片故障的主要类别有外来打伤、表面腐蚀、应力腐蚀、热疲劳和振动疲劳损伤等，其中，叶片故障占发动机总故障的20%左右，而表面腐蚀故障占有相当高的比例。防腐涂层是有效的防腐措施，在易受腐蚀的零件表面喷涂防腐涂层可以有效地保护零件。根据叶片的材料及腐蚀物质有针对性地选择防腐涂层，可以最大限度地发挥防腐性能，避免腐蚀故障的发生。

本项目针对发动机工作环境的特殊要求研究涂层性能特点，引进IP涂料进行工艺应用开发，以保护叶片免受含盐气氛的腐蚀。对涂层的厚度均匀性、耐盐雾性能、表面光洁度等各项指标的实现进行攻关。通过对IP涂层的施工环境、叶片吹砂、测量等一系列技术手段的实施，应用Nadcap过程控制理念充分提升涂层开发的有效性，满足新型发动机的修理需要，为部队作战保驾护航。

1 主要研究内容

1.1 涂料性能分析

IP涂料包括底涂IP9183和面涂IP9444，为英国进口涂料。

IP9183是无机盐高耐温牺牲性铝涂层，属于水性涂料，用于一些要求较高的环境，如航空发动机及其组件、发电设备和海洋环境等，常用于涡轮叶片、转子、轴和起落架的防护，以保护组件免受含盐气氛、高温氧化等影响。IP9183可在700℃的高温下为铁、钢、热处理不锈钢合金、钛等金属基体提供防腐蚀和氧化保护。IP9183的工作温度为-40℃～700℃，耐盐雾腐蚀性按照ASTM B117在40～50μm厚度下最少1000h，表面具有导电性。供应黏度在（23±2）℃下用ISO3黏度杯测为（45±5）s，烘干后为灰色。

IP9444是一种无机保护涂层，属于水性涂料，可使叶片表面变光滑，有利于提高能源效率，延长底面涂层的使用寿命。IP9444的工作温度为-40℃～800℃。供应黏度为（23±2）℃下用ISO3黏度杯测为32～36s，固化后表面为亮黄色，表面光洁度Ra≤1.6μm。

1.2 工艺参数研究

涂料的喷涂工艺由喷涂前的预处理、漆料的施工、漆膜的固化三个步骤组成。喷涂前的预处理是指对待处理工件进行物理或化学处理，以达到清除各类污物、提高基体材料结合力和耐蚀性等作用。

选取材料为15CrMnMoVA/E的试片，采用合适尺寸的喷枪进行喷涂试验。为了保证喷涂的均匀性，可将装有涂料的瓶子放进球磨罐滚动球磨一段时间。试片前处理工序包括除油、喷砂。除油参数采用涂料固化最高温度进行，15CrMnMoVA/E具有高的强度、优良的塑形和韧性，为了达到最佳结合力，用规定目数的刚玉砂进行吹砂，使试片表面刚好失去金属光泽。

对喷涂的距离、喷枪的移动速度、喷枪运行的路线进行研究，测试参数包括喷涂距离、喷涂压力、及喷涂角度。底涂IP9183与面涂IP9444的喷幅图如图1所示。

图1 喷幅图

喷枪的移动速度与漆料的黏度、固体含量、喷枪喷雾图形、出漆量及要求的厚度有关，应掌握不流淌且能尽量喷满为佳。行枪的速度要均匀，始终保持喷枪与工件表面成90°（见图2），以确保漆膜的厚度。

图2 行枪示意图

压气机叶片属于薄壁件，在进行叶片边缘喷涂时都要进行收边操作。收边是指在喷涂开始时不扣死扳机，随着喷枪的移动逐渐加大供漆量，直到喷涂行程即将结束时再松开扳机，使供漆量大大减少，从而获得一种自然的过渡效果的操作。具体操作方法为：平稳地移动喷枪到接近待喷涂表面时，逐渐扣动扳机进行喷涂，然后突然放开扳机，但仍然保持喷枪的弧线移动。

1.3 漆膜的干燥

漆膜的固化在喷涂中占有重要的影响，直接影响漆膜的质量和性能。影响漆膜干燥的因素主要包括温度、干燥时间、空气湿度和空气流速等。温度对于需加热干燥的漆膜的性能影响很大，若达不到所需的干燥温度，漆膜的力学性能和化学性能会大大降低，并且漆膜外观也会受到很大影响。若温度超过漆膜所需的干燥温度范围，漆料中的树脂容易老化，漆膜将变暗甚至变黄。

漆膜的干燥过程一般为湿漆膜流平、溶剂挥发、物理或化学成膜。流平时间过短，溶剂挥发不均匀，漆膜易出现针孔、起泡、缩孔等缺陷。流平时间过长，溶剂挥发慢，对漆膜质量有益，但生产效率低。试验证明，漆膜中90%以上的溶剂是在5～15min内完成挥发，因此一定要保证漆膜的流平时间。底漆IP9183和面涂IP9184在喷涂薄膜一层后均要进行烘干，达到规定厚度后在规定温度下保温一段时间，再升温至规定温度保温一段时间，漆膜发生聚合反应才能固化。

2 喷枪保养对喷涂质量的影响

对于喷涂操作人员来说，喷枪是长期的合作伙伴，平时的爱护保养是必不可少的。喷枪不能在清洗液中浸泡，以免清洗液进入喷枪的空气通道，大大降低喷枪的使用寿命，如图3所示。清洗喷枪应使用中性清洗液，PH值应在6～8之间，否则很容易造成喷枪部件的腐蚀损毁。不能使用回收蒸馏的清洗液，因其酸性值会随着反复蒸馏而提高，造成枪体的腐蚀。一天的喷涂工作完成后，应认真清洗喷枪，尤其是喷嘴和风帽上的每一个小孔，避免油漆残渣堵塞喷枪。需要强调的是，清洗喷枪时应保持进气口朝上，避免清洗液进入空气通道，造成喷枪的损坏（见图4）。在喷枪拆卸和安装喷嘴三件套时，应严格按照程序操作，否则容易导致喷嘴胀裂等问题的发生（见图5）。

图3 喷枪角度示意图

图4 电镀层腐蚀的喷枪

图5 喷枪拆装顺序

3 环境温度对喷涂质量的影响

喷涂环境一般指温度、湿度、风速和空气清洁度等方面，是影响漆料干燥和成膜时间的主要外部条件，温湿度环境条件不能满足喷涂要求的漆膜会出现一系列缺陷。喷涂温度过高，漆料中溶剂挥发过快，漆料在达到工件表面之前就已干燥，这样容易产生缺釉、桔皮等外观缺陷；喷涂温度过低，溶剂挥发慢，漆料黏度上升慢，易发生流挂和不容易干等问题。喷涂时湿度过大，漆膜容易起泡；湿度过低，漆膜容易产生针孔等外观缺陷。操作环境应无尘土，通风良好，环境条件中的空气灰尘包含不同的杂质，落于湿漆膜中，会引发缩孔、颗粒等问题。一般喷漆间的温度应控制在16℃～32℃之间，相对湿度应控制在30%～80%范围内（见图6）。

图6 喷涂温湿度

经试验验证，在（20±5）℃的温度下，喷涂IP9183的最佳湿度为20%～60%，喷涂IP9444的最佳湿度为50%～70%。

合格优质漆膜的产生是各个环节综合作用的结果，经过多次试验，掌握了最佳喷涂工艺参数，使涂层厚度的均匀性和表面粗糙度都得到了提升，如表1所示。

表1 表面粗糙度对比

4 结论

喷涂工艺是对喷涂过程中的环境、设备、操作等环节均有很高要求的特种工艺，影响漆膜质量的漆膜结合力、漆膜厚度、耐冲击性及外观质量等性能决定了发动机零部件的质量与性能。因此，每个环节都要求规范、严格。本文从涂料性能、喷涂参数、喷枪保养、喷涂环境等四个方面论述了如何保证漆膜质量，总结了生产中的注意要点，为发动机叶片喷涂质量的提高积累了经验。