冷喷涂技术有望应用于民用飞机结构件修理

王娟

作为一种增材修理技术，冷喷涂可避免在使用焊接、热喷涂等传统修理技术过程中导致零部件变形等弊端，减少新件更换需求，因而备受维修业的广泛关注。目前，该技术的研究和应用范围仍仅限于军用飞机的机体结构件修理，但多家航空企业已经在积极研究和取证，有望不久后将其应用于民用飞机的结构件修理。

近年来，作为改变飞机零部件生产方式的一种手段，金属增材技术得到了越来越广泛的应用，该技术不仅引起了制造商的广泛关注，也使维修企业获益匪浅。冷喷涂就是一种表面增材修理技术，可避免在使用焊接、热喷涂等传统修理技术过程中导致零部件变形等弊端，减少新件的更换需求。

冷喷涂技术的基本原理是通过将金属离子加速至超声速状态，高速撞击固体表面，在固体表面产生足够的能量使金属粒子与固体相结合。正如冷喷涂名字中的“冷”字那样，该技术在喷涂基体表面产生的温度不会超过150℃，工作温度远远低于热喷涂和焊接等其他传统修理技术，从而可避免零件在修理过程中遭受应力作用而发生变形的问题。

尽管冷喷涂修理技术已经面世十多年，但目前该技术的研究和应用范围仍仅限于军机上的机体结构件修理。2000年，美国陆军研究实验室（ARL）开始开展冷喷涂修理技术在航空领域中的应用研究，并于2001年创建了冷喷涂研发中心（Center for Cold Spray Research and Development）。该研发中心负责开展B-l轰炸机、F-18战斗机、“黑鹰”直升机和“海鹰”直升机的冷喷涂修理工作。ARL冷喷涂研发中心表示，一直以来该中心在冷喷涂技术的应用研发方面均处于领先地位，并与几乎所有应用冷喷涂修理技术的大型企业有合作。目前，该中心在军机上成功应用冷喷涂修理技术的实践经验已经被移植至民用领域。

穆格（Moog）公司自2007年起就开始从事冷喷涂修理技术的研发，并与ARL合作开展冷喷涂技术在军用和民用维修领域的研发和取证工作。该公司的冷喷涂解决方案是采用钛、不锈钢、铜和其他原料粉末对机轮、机身板件等各类部件进行修理。该公司指出，目前冷喷涂修理技术最常见的应用是修理因磨损、腐蚀而发生材料缺失的镁铝基体，如各类传动装置壳体和变速箱等。

穆格公司强调，尽管冷喷涂修理技术发展势头强劲，但目前业内对该技术的研究仍处于早期阶段。随着越来越多成功的修理案例的出现，更多的航空维修专家将会认识到冷喷涂技术的优势所在，从而根据自身需求使该项技术得以应用。

在冷喷涂修理技术的研发上，GE航空的子公司Avio航空（Avio Aero）紧跟穆格公司之后，于2010年开始与欧洲的各大院校、研究中心合作开展冷喷涂技术的研究。目前，Avio航空的研究重点是将冷喷涂技术应用于铝制零部件修理上，此外也正在探索扩大冷喷涂修理技术可应用的材料和零件范围，甚至希望用冷喷涂彻底替代传统的修理技术。

标准航空（StandardAero）公司从2016年开始对冷喷涂技术在各类零部件和金属材料的应用上开展深度试验。该公司表示看好冷喷涂修理技术在包括涡轮发动机在内的各类零部件上应用的可行性。但由于该技术尚属新技术且未获得认证，需要开展技术论证，即与各类OEM厂商开展持续性合作以对零件修理情况进行跟踪调查。标准航空希望能將更多的冷喷涂修理调查结果转变为航空发动机修理手册中的修理标准。

标准航空指出，维修手册的内容将会随着冷喷涂技术的演变而改变，这种改变将推动整个行业逐渐接受冷喷涂修理技术在铝、铜等软质金属以及镍基合金等更复杂材料上的广泛应用。

霍尼韦尔公司是另一家积极参与冷喷涂技术研发的公司。该公司早在2004年就开始对冷喷涂修理技术进行调研。经过最初4～5年的努力，霍尼韦尔对该修理技术有了深入了解，也配备了更先进的修理设备。该公司在冷喷涂修理技术上取得的多项研发成果都是与那些技术实力雄厚、拥有最现代冷喷涂设备的供应商合作取得的。

2009年，霍尼韦尔公司首个应用冷喷涂技术完成修理的零件投入运营;截至目前，霍尼韦尔累计使用冷喷涂技术完成了约70件零部件的修理工作。这些修理的零部件包括涡轮发动机变速器、泵壳和阀体等铝、镁制静态结构件，但均只限于尺寸修复而非结构修理。霍尼韦尔指出，若能在结构件上使用高压冷喷涂修理技术将是一项重大的技术突破。

美国阿克伦大学（University of Akron）的国家腐蚀和材料性能教育研究中心（National Center for Education and Research on Corrosion and Materials Performance）正在开展一项在结构件上应用冷喷涂修理技术的研发项目。阿克伦大学在俄亥俄州政府的资助下，与Airborne维修工程公司（AMES）和SAFE公司（SAFE Inc.）密切合作，旨在取得FAA对于在民航飞机磨损件和腐蚀件上应用冷喷涂修理技术的批准。

AMES公司表示，FAA目前批准的冷喷涂维修技术应用范围限于变速箱或壳体等附件。该公司正在努力向FAA证明冷喷涂技术可应用于机体结构件上，但前提是该公司需证明利用冷喷涂技术完成修理的部件是满足适航规定的，能够达到甚至超过原始设计强度。在该项目的第一阶段，AMES将选择那些对适航影响程度相对较小的次级结构件进行修理验证，如蒙皮面板、空气负载拱肋和波音767的机轮等结构件。

该项目另一个引人注意的地方是AMES试图申请将氮气用于冷喷涂修理中，而此前的冷喷涂技术多数采用氦气。AMES选用氮气的原因是氮气的成本更低、环保性能更好。尽管氮气已经应用于军机的冷喷涂修理中，但SAFE公司认为该项目是氮气在民航维修领域中的首次应用。

目前，随着所有研究和试验工作的完成，该项目团队已经向FAA提交了维修资质申请资料，并在等待最终的评审结果。AMES公司希望评审能尽快通过，这样他们就能尽早在其修理能力清单加入冷喷涂修理能力。

在维修能力清单中增加冷喷涂修理技术只是AMES的第一个阶段目标，下一阶段的目标是将冷喷涂技术用于主要结构件的修理中。这将使冷喷涂修理技术变得更具吸引力，因为这些主要结构件通常是价格较昂贵的飞机零部件。AMES认为一旦冷喷涂技术可用于主要结构件的修理，该技术将可能成为航空维修领域的一种通用技术，尤其对那些希望延长服役期限的老龄飞机更是如此。

霍尼韦尔公司坚信冷喷涂修理技术能用于结构修理，并认为未来该技术会得到更广泛的应用，包括用于保护热端部件的环保涂层的研发中。因此，该公司将会持续积极开展冷喷涂修理技术的研发工作。根据计划，该公司今年将在菲尼克斯修理厂引进一台能开展冷喷涂结构修理研究的高压修理装置，并以此不断拓展维修新业务。

（蓝楠，编译至AW&ST Inside MRO2018-6）