航空发动机维修用CoMoCrSi耐磨涂层制备工艺研究

刘瑞 郭双全 冯云彪

摘  要：CoMoCrSi合金以其优良的耐磨性得到了广泛应用。简述了等离子喷涂CoMoCrSi耐磨涂层的粉末特性、涂层工艺与涂层基本性能。结果表明经过优化后的涂层显微组织、硬度、结合强度满足航空发动机大修要求。

关键词：热喷涂;航空发动机;耐磨涂层;维修

1 引言

Co基合金具有优良的物理性能、抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性。Co基合金的成分随使用环境的不同而不同，Co基合金的主要元素有Cr、W、Mo，还有少量的C、Fe、Ni、Si、Mn。Co基合金在耐磨领域的重要应用之一就是CoMoCrSi耐磨合金[1]，CoMoCrSi钴基耐磨合金属于金属间化合物强化型钴基合金，T800是其中的典型代表[2，3]，它不同于传统的碳化钨强化型钴基合金，由于合金中加入过量的钼和硅，喷焊层在结晶过程中析出硬质相Laves相（CoMoSi相），该相的含量达40%-60%，为了保证Lavers相形成，合金的碳含量尽可能低，以免铬、钼等合金元素与碳形成碳化物，Lavers相的硬度约为HV1000，耐腐蚀性好，弥散分布在铬、铝的钴基合金基体内，具有优良的耐磨损、耐擦伤和耐腐蚀性能，高温硬度超过Stellite No.6钴基合金。由于基体为软基体，因此Laves相的含量多少严重影响着合金的性能。CoMoCrSi耐磨合金组织的结构与CoCrW耐磨合金的组织不同，CoCrW（如Stellite No.6）耐磨合金的组织中的强化相主要是碳化物。在无润滑和润滑不足情况下，CoMoCrSi耐磨合金具有良好的相容性，与工具钢、低合金钢、青铜、铝合金、石墨等之间摩擦系数小。在相当宽的温度范围内能保持优良、光滑的表面性能。本文介绍了某型航空发动机大修过程中遇到的CoMoCrSi耐磨涂层的制备工艺及涂层性能。

2 试验方法

试验原材料采用Metco 68F-NS-1粉末，打底层为Metco 450 NS。涂层制备方法为大气等离子喷涂方法，设备为Sulzer Metco公司的UiCoat等离子喷涂设备，喷枪为F4。

粉末形貌和涂层显微组织采用扫描电镜分析。采用黄铜漏斗，依据金属粉末流动性的测定标准漏斗法（霍尔流速计）GB 1482-84标准测量粉末的流动性。涂层的结合强度采用粘结拉伸法检测，试样与预喷砂的对接件采用FM1000胶膜片粘结，在190℃保温2 h 的条件下固化。涂层硬度采用表面洛氏硬度计（型号：MACROMET 5121）仪器，依据金属热喷涂层表面洛氏硬度试验方法GB 8640-88标准，测量喷涂态的涂层表面洛氏硬度，测量五个值，取平均值。

3 结果与分析

3.1 粉末基本性能

CoMiCrSi粉末的化学成分如表1所示。从图1中可以看出球形度高，粒度分布为（-45～+10）μm ，制备方法为氩气雾化法。霍尔流速计测得的三次平均值流速为17.6 s/50g，流动性好。

Ni包Al粉末的化学成分如表2所示，主要以Ni、Al为主，粒度分布为（-90～+45）?m，从图2的形貌上看，不同于CoMoCrSi粉末，该粉末属于机械合金化包覆的粉末。霍尔流速计测得的三次平均值流速为21.1 s/50g。

3.2 涂层制备工艺与基本性能

采用L9（34）的正交设计表，因素为Ar流量、距离、H2流量、电流。以随机抽取试验号为实验顺序，其中送粉量约20 g/min，以金相观察下的孔隙率和氧化状况为综合评分标准，经过正交试验后的极差分析表明，影响喷涂工艺的因素的主次关系为：Ar流量>距离>H2流量>电流。最优的方案如表3所示，优化后涂层的金相显微组织如图3所示。涂层孔隙率小于5%，涂层中存在个别的近球形孔洞，孔径小于10 ?m，不会形成大的应力集中，氧含量低，氧化不严重，片层铺展状态良好。从表面形貌来看，粉末基本熔化，有些球形颗粒存在，但是最大直径小于10 ?m，满足航空发动机大修的显微组织要求。

优化后涂层的结合强度值为：27.3 MPa;29.8 MPa;29.6 MPa。表面洛氏硬度HR15N为：82.6;82.8;83.2;83.0;84.4。满足航空发动机大修要求。

4 小结

等离子喷涂法制备的CoMoCrSi涂层经过工艺参数优化后，金相显微组织致密，氧含量低，硬度和结合强度满足航空发动机大修要求。

参考文獻

[1] 纪朝辉， 王志平， 丁坤英. 超音速火焰喷涂CoCrMoSi涂层的组织与性能 [J]. 材料保护， 2008， 41（1）： 54-55.

[2] J. Y. Cho， S. H. Zhang， T. Y. Cho， et al. The processing optimization and property evaluations of HVOF Co-base alloy T800 coating [J]. J Mater. Sci.， 2009， 44： 6348-6355.

[3] C. Navas ， M. Cadenas ， J.M. Cuetos， et al. Microstructure and sliding wear behaviour of Tribaloy T-800 coatings deposited by laser cladding [J]. Wear， 2006， 206： 838-846.