现代表面工程技术在航空维修上的应用分析

宋乃坚，宋佳寅

(长沙航空职业技术学院，湖南长沙410124)



现代表面工程技术在航空维修上的应用分析

宋乃坚，宋佳寅

(长沙航空职业技术学院，湖南长沙410124)

摘要:现代表面工程技术已经得到日新月异的发展，与其相适用的新设备、新材料和新工艺，也由研制成功走向成熟。通过分析该技术在航空维修领域应用现状，提出了如何进一步拓展该技术在航空维修领域的应用。

关键词:表面工程;现代表面工程技术;航空维修

表面工程形成一门独立的学科，已有近四十年的历史，当今世界的各个领域，几乎都有它的应用成果，其发展速度越来越快，应用范围越来越广，产生的经济效益也越来越大。2002年出版的《国防科技名词大典》中，将“表面工程”定义为:将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用表面改性转化技术、薄膜技术和涂镀层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。表面工程不是各种表面技术的简单组合，而是具有丰富的内涵［1］，它以“表面”为研究核心，在有关学科理论基础上，根据零件表面的失效机理，应用各种表面工程技术及其复合为特色，逐步形成了与其它学科密切相关的表面工程基础理论。表面工程具有学科的综合性、手段的多样性、广泛的功能性、潜在的创新性、环境的保护性、很强的实用性和巨大的增效性。

现代表面工程的含义很广，它概括了表面处理、表面加工、表面涂层、表面改性以及薄膜技术等内容。它的最大优势就是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能;改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能。

表面工程技术是通过某种工艺手段，赋予表面不同于基体材料的性能以满足某种特定的功能需求，与提高材料自身性能的技术途径相比，具有难度小、快捷、成本低、可修复等特点［2］。代表表面工程发展的现代表面工程技术有电刷镀;热喷涂;粘接;激光、电子束等高能表面淬火、表面熔覆、合金化;离子镀膜等薄膜技术，PVD、CVD等。我国在“六五”计划以来，通过在设备维修领域和制造领域推广应用表面工程技术已取得了几百亿元的经济效益［3］。这期间就开始推广应用早期的电刷镀和热喷涂技术，后来随着技术的进步，现代表面工程技术在国民经济中得到越来越多的应用。

1　现代表面工程技术在航空维修上的应用

现代表面工程技术在国内外航空维修领域应用已有很多年了。针对航空器所使用的材料种类、型号多，零部件结构、形状复杂，性能各异的特点，采用相应的表面工程技术能大大地提高修复率和可靠性，有效增加零部件的使用寿命，并且产生了很大的经济效益。

现代表面工程包括三大技术:表面改性转化技术、薄膜技术和涂镀层技术。

通过这些技术，使得材料表面实现某些特定的功能，如装饰、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、抗疲劳等。表面工程常用工艺及用途见表1。

表1　表面工程常用工艺及用途

航空器维修主要集中在结构零部件、各系统部附件、发动机零部件修理以及密封、防腐等方面。随着复合材料、工程塑料等新型材料在航空器上应用逐渐增加，表面工程在航空器制造和维修中将会得到更加广泛深入的发展和应用。下面以几个表面工程技术应用实例说明。

1.1飞机橡胶油箱喷涂KF防老化胶

飞机橡胶油箱均为丁腈类型混炼胶，耐油性能优越，但外表抗空气老化性能一般。KF型是由某航空修理工厂与航空材料研究所合作研制成功的，具有较强的抗老化能力，油箱外表面喷涂一层后，能有效增加油箱的使用寿命。如国产某型飞机，全机有9个橡胶燃油箱。喷涂前1号～4号油箱的技术寿命为12年，5号、6号油箱为9年。该机的首翻修期为1000飞行小时10年，因此，随飞机进厂翻修的油箱都已到或接近寿命期，必须更换新件。经喷涂KF防老化胶后，其中1号～4号油箱总寿命延长至20年，5号～6号油箱延长至15年，这样就大大地提高了飞机橡胶油箱的修复率，大约有95%的随机进厂油箱，可按修理工艺进行故检、修理、喷胶后使用。实践证明，油箱装机后的产品质量，没有出现任何问题。

1.2电刷镀技术修复部分飞机零、部件

刷镀技术是西方航空维修中采用的电镀技术之一，其特点是可以灵活地直接在零件表面用刷镀笔完成各种电镀处理，特别适用于不分解零(组)件的局部电镀［4］。电刷镀技术又称无槽电镀，在“六五”期间就已被列入国家重点新技术、新工艺推广项目，在一般的设备维修方面应用产生了很大的经济效益。航空产品由于使用条件特殊，在安全、质量上要求高，其应用推广比较慎重。随着刷镀电源、镀液以及工艺的不断进步，十多年来已被航空维修部门所接受。例如我们采用Ni－Fe－W渡液修复飞机涡轮冷却器转子轴颈、机头调节锥体滑动块以及航炮前固定点局部磨损件的修复等，都已取得成功的经验。同时对于一些不便进行分解组合件的局部表面镀层修复，具有它独特的优势。

1.3用DJB－823固体薄膜、保护剂改善飞机电器元件、接插件的可靠性

DJB－823保护剂为人工合成高分子化合物，1982年由北京邮电学院彭道儒教授研制成功，用于金属器件表面的缓蚀剂，同时具有良好的润滑、减摩性能，其涂层厚度一般只有1－2μm，导电性能良好，十多年来，在飞机大修中得到较为广泛的应用。如飞机电缆插头插钉的表面涂复，防止插钉银层表面腐蚀发黑，减小拨插力，提高了电接触的可靠性，使飞机大修中电气系统出现的早期故障明显减少。某型飞机瞄准具计算器的距离电位计组和时间电位计组滑道表面，大修中用823保护剂涂复后，摩擦系数减小，电刷接触时不产生铜粉，避免了因铜粉造成的短路故障。

1.4采用真空离子镀TiN膜修复飞机助力器油针

某型飞机上的ZL－5助力器油针，长期使用后工作面产生磨损痕迹，有的影响到油针的配合灵敏度，翻修时将表面损伤研磨后的配合间隙达不到要求。由于该油针制造复杂，材料为12CrNi13A钢，表面渗碳后硬度HRC58－63，型面加工精度高。该厂曾与外单位协作，对油针工作面制作TiN硬质膜进行应用研究，并取得成功。

1.5用电脉冲冷焊技术修补飞机零、部件缺陷

飞机翻修中的某些零、部件，如阻力伞舱门锁勾内弧面的磨损;起落架活塞杆和襟翼作动筒活塞杆表面的腐蚀坑点、局部划伤、刻伤等小面积损伤，采用电脉冷焊技术取得成功。所用设备是国产的CM－3450B型工模具修补机，补材选用粒度为140 －170的铁铬硼硅自熔合金粉FFe－02，硬度HRC32－45和镍铬硼硅合金粉FNi－07A，硬度HRC40－50。一般可选用与基本金属相同材料的补材，补材可以是片材、丝材和粉剂，按一定的工艺程序操作，修补处属于微冶金状态，结合力强，而热影响区极小(小于0.2mm)，被修补零件基体强度不下降，不变形。因此，一定范围内在航空维修方面有它独特的优势。

2　推广现代表面工程技术在航空维修应用的分析

推广现代表面工程技术在航空器维修中应用，是保证航空器的可靠性，恢复其原有技术状态的一种技术转移活动。推广表面工程技术应用的关键是——转变观念。另外，针对航空器使用中的问题和薄弱环节，采用更先进的技术措施进行维修和改进;以科学为依据，循序渐进，确保维修质量和安全;采取横向协作，解决应用中的技术、设备、材料等方面的不足。

2.1转变观念是关键

国际表面工程界人士认为，中国在表面工程科研和新技术研究上基本与国际同步，成果令人瞩目，但生产应用方面则有几十年差距，这种状态长期得不到改变，主要原因有:表面工程与技术得不到应有的重视，科技规划中对表面工程与技术的教育、科研以及推广应用方面投入不够。在政策层面上先进表面工程技术的价值得不到承认，严重妨碍其技术推广和产业化的实现。

2.2针对航空装备使用中的问题，采用先进的表

面工程技术，进行改进性维修

从技术发展的角度来讲，进入维修的航空器一般都已使用了一个时期，维修时的技术、工艺水平，就必然比航空器原设计制造时有所进步，因此，客观上完全有条件采用更为先进的技术和手段，来实现改进性维修。就80年代中期国内推广应用的热喷涂技术来说，到今天就得到迅猛的发展。热喷涂工艺方法主要有火焰喷涂法、爆炸喷涂法、超音速喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法和激光喷涂法等［5］。“九五”期间出现的高速火焰喷涂和超音速电弧喷涂又使喷涂质量大大提高。在等离子喷涂方面，已研究出射频感应藕合式等离子喷涂、反应等离子喷涂及微等离子喷涂，随着喷涂设备的不断进步，相应的喷涂材料、喷涂工艺也得到不断的改进。其他涂层技术、薄膜技术、表面强化和改进性技术等都有日新月异的发展。这些表面工程技术的应用，在保证飞机、发动机翻修方面起到了极为重要的作用［6］。

2.3根据航空产品的特点，以科学为依据，循序渐进，确保维修质量和安全

航空产品的特点，首要是质量和安全。任何一项成功的现代表面工程技术在航空维修上应用，都必须经过严格的工艺试验，技术鉴定和装机试用，按照航空产品维修质量管理规定程序进行。某工厂在早期使用电刷镀时，出现飞机还没出厂局部镀层就有掉块现象，随后严格控制各项工艺程序，进行了弯曲、折断、偏磨、杯突、硬度等项镀层强度和结合力的试验，逐步将工艺质量稳定下来。电脉冲冷焊技术修补试验时，发现工件修补焊接处的金相组织缺陷，有未完全熔合好的空洞和发纹存在，这对某些重要零件和关键部位是不允许的。因此，目前把需要修补的飞机零件大致分为三种类型。Ⅰ类件为重要承力件，对高强度合金钢的疲劳裂纹锉修后的缺陷修补，修补加工后必须作无损探伤检查，不允许有裂纹、发纹和其他缺陷存在;Ⅱ类件为飞机上一般零件或重要零件非关键承力部位的局部磨损、缺陷;Ⅲ类件为飞机上一般零件或重要零件非关键承力部位的划伤、刻伤和腐蚀坑点的修补。试用合格后，成熟一项推广应用一项，编写相应的工艺卡，进行有效的质量管理。

2.4采取横向协作，解决应用中的技术、设备、材料等方面的不足

对于现代表面工程技术的推广、应用，一般会遇到技术、设备、材料和试验手段上的困难，使应用研究和应用推广工作难于发展。采用走出去和相关科研院所、专业厂家开展横向协作，可以针对某个维修中的具体项目、具体问题为先导，取得成功后，逐步地把应用、推广工作开展起来。

3　结论

面对知识经济的发展机遇和挑战，表面科学和现代表面工程技术必将得到更加迅速的发展。在新一代的航空器和航空产品上，现代表面工程技术已经越来越多地被采用，而对在用的或较老的一代航空器和航空产品的维修，都需要这一先进技术的推广应用。跟踪现代表面工程技术的发展，努力进行应用研究，积极推广应用成果，将成为大家的共识。

参考文献:

［1］张世波.航空发动机表面工程应用的问题与思考［J］.航空制造技术，2014，(22).

［2］梁伟，何爱杰等著.航空发动机对表面工程技术的需求［J］.燃气涡轮试验与研究，2013，(3).

［3］庞建超，李世杰，曹晓明.现代表面工程技术的发展及应用［J］.天津冶金，2005，(1).

［4］程敏.现代电镀新技术在航空维修中的应用［J］.航空工程与维修，2003，(3).

［5］付俊波，周世魁.热喷涂技术在航空发动机零部件及其维修中的应用［J］.失效分析与预防，2006，(2).

［6］周立仁.认真总结经验，加快表面工程技术在飞机翻修中推广应用［J］.表面工程，1997，(4).

［编校:杨琴］

The Applied Analysis of Modern Technologies of Surface Engineering in Aviation Maintenance

SONG Naijian，SONG Jiayin
(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College，Changsha Hunan 410124)

Abstract:Modern technologies of surface engineering have got dramatically development.The new equipment，materials and technology craft in their application have also got full success.This paper，through an analysis of the application status of technologies of surface engineering in aviation maintenance，proposes how to further develop this technology in aviation maintenance.

Key words:surface engineering; modern technologies of surface engineering; aviation maintenance

作者简介:宋乃坚(1957－)，男，吉林桦甸人，高级技师，研究方向为飞机维修工艺与材料。

收稿日期:2015－12－07

中图分类号:TG17

文献标识码:A

文章编号:1671－9654(2016)01－036－04