表面技术在航天及飞机方面的应用机械制造制造加工工艺_机械制造-制造加工工艺.pdf

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1、仅供参考学习个人收集整理 _ 表面技术在航天及飞机方面地地应用 表面处理及复表面改性、表面技术是指表面经过预处理后，通过表面涂覆、组织 结构化学成分、合技术，改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌、在 E机结构维修过程中合理和应力状况等，以获得所需要地表面性能地技术运用 表面技术对 E机结构表面进行修复，不仅可以恢复飞机结构原有地功能特抗腐蚀 如更高地耐磨性、性，还可以使飞机结构具有比基体材料更优异地性能，表面技 术在飞机结构修理中研究和推广，既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地 推动飞机维修技术地乂可在节能、伤结构表面，节材方面发挥巨大作用，.发展以整个航天领域地应用为例.实际上表面工

2、程技术在整个航天领域应用是非 常广地.获得地应用儿乎涵盖了所有地表而匸程技术，大家都知道表而匸程技术 一般分为三大类：表面改性技术、薄膜技术，涂镀层技术.首先说表面改性，大 家都知道，航天上用地最多是铝合金，而铝合金地阳极氧化处理最为广泛，有瓷 质阳极化、有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化：黑色金属地发 蓝处理、化学热处理方面有渗碳、渗氮等.薄膜技术航天上也应用了很多，特别 是在一些电子元器件上，PVD和 CVD等都有应用.涂镀层技术方面，首先从涂 料上来说，大家都看过航天火箭发射，整个火箭表面都是有保护涂料层地：像武 器系列，外表面还需要有三防或四防漆层；再有像电镀应用也非常广泛

3、，有电镀 铜、电镀操，电铸铜工艺有重要用途，有些型号地发动机地喷管就是电铸成型地；像化学镀用地也比较多，如化学镀傑等；热喷涂地应用非常广泛，航天领域受热 地地方比较多，所以热障涂层应用最多，其至包括发动机地喷管内壁都要涂上热 障涂层，还有机械动密封部位釆用等离子喷涂地陶瓷耐磨密封涂层.总之表面工 程技术在航天领域应用是非常广泛地.而且往往是表面工程最先进地技术优先用 于航天领域，然后再逐渐扩展到其他民用领.b5E2RGbCAP 飞机结构修理中常用地表面技术 1/9 个人收集整理仅供参考学习 _ 表面技术通常包括表面涂覆、表面改性和表面处理.表面涂覆是在基质材料表面 上制备涂覆层，涂覆层地材料成

4、分、组织结构和应力按照需要制备，达到改善性 能地 LI地，包括：电化学沉积（电镀和电刷镀）、化学液相沉积（化学镀）、气相 沉积（物理气相沉积一真空蒸发镀、溅射镀、离子镀，化学气相沉积含等离子体 增强化学气相沉积）、热喷涂（火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等）、堆焊、热 浸涂、涂装、分子自组装等表面改性是通过改变基质材料地化学成分，达到改 善性能地口地，不附加膜层，包括：扩散渗入（化学热处理）、离子注入、转化 膜等表面处理是不改变表面材质地化学成分，只改变基质材料地组织结构及应 力，达到改善性能地 LI 地，不附加膜层，包括：表面淬火热处理、表面变形.山于表面技术包含许多内容，本处理（包括喷丸）以

5、及表面纳米加工技术等文仅 简单介绍 4 种在飞机维修中常用地表面技术 plEanqFDPw（1）电刷镀技术.电刷镀是将表面处理好地丄件与专用地直流电源地负极相连，作为刷镀地阴极：镀笔与电源地正极连接，作为刷镀地阳极刷镀时，使包套中浸满电镀液地镀笔 以一定地相对运动速度在被镀零件表面上移动，并保持适当地压力这样，在镀 笔与被镀零件接触地那些部分，镀液中地金属离子在电场力地作用下扩散到零件 表面,在表面获得电子被还原成金属原子，这些金属原子沉积结晶就形成了镀层.随着刷镀时间地延长，镀层逐渐增厚，直至达到需要地厚度，因此对于磨损地零 部件，电刷镀修复技术显得更有生命力该技术具有工艺简单、镀层种类多、

6、沉 积快、性能优良等特点.DXDiTa9E3d（2）化学镀技术.化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离 子地溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层地方法.化学镀根据镀液不同，常分为化学镀银、镀银、镀铜、镀钻、镀線磷液、镀银磷 硼液等化学镀技术以其工艺简便、节能、环保日益受到人们地关注化学镀使用 范围很广、镀层均匀、装饰性好，在防护性能方面，能提高产品地耐蚀性和使用 寿命；在功能性方面，能提高加工件地耐磨导电性，润滑性能等特殊功能，因而 成为全世界表面处理技术地一个新发展里程碑.RT5UDGT（3）阳极化处理技术.2/9 个人收集整理仅供参考

7、学习 _ 金属材料浸入适当地电解质溶液中作为阳极，通电处理使表面形成氧化膜，此过 程称为阳极化金属材料在经过阳极化处理后，其耐腐蚀性、硬度、耐磨性、耐 热性等性能都大幅度提高阳极氧化地电解液可以分为酸性、碱性液以及非水溶 液，当前丄业上以酸性为主酸性电解液包括硫酸、锯酸.草酸磷酸 5PCZVD7HXA（4）热喷涂技术.热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定地速度喷 射沉积到经过预处理地基体表面形成涂层地方法，图 1 为热喷涂过程示意图热 喷涂有多种匸艺方法，如等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂和爆炸喷涂等热喷 涂技术具有匸艺灵活、适用范围广、基体与喷涂材料广泛、工艺加工地工

8、件受热 较少、产生地应力变形小、生产效率高等特点.JLBHmAlLg 处理后通过表面涂覆组织结构化学成分合技术改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌在机结构维修过程中合理和应力状况等以获得所需要地表面性能地技术运用表面技术对机结构表面进行修复不仅可以恢复飞机结构原有地和推广既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地推动飞机维修技术地乂可在节能伤结构表面节材方面发挥巨大作用发展以整个航天领域地应用为例实上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广地获得地应用儿乎涵盖了所有地表道航天上用地最多是铝合金而铝合金地阳极氧化处理最为广泛有瓷质阳极化有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化黑色金属地发蓝

9、处理化学热处理方面有渗碳渗氮等薄膜技术航天上也应用了很多特别是在一些电子元器 热喷涂技术应用十分广泛，选择不同性能地涂层材料和不同地工艺方法，可制备 热障、可磨耗封严、耐磨密封、抗高温氧化、导电绝缘以及远红外辐射等功能涂 层涂层材料儿乎涉及到所有固态工程材料，包括金属、金属合金、陶瓷、金属 陶瓷、塑料及其他地复合材料热喷涂技术广泛应用于航空航天、冶金、能源、石油化工、机械制造、交通运输、轻工机械以及生物工程等国民经济各个领 上攵.XHAQX74J0X 表面技术在飞机结构修理中地应用 1 在飞机镁合金结构维修中地应用 航空工业中使用地镁合金地表面防护多采用化学氧化后涂漆地方法，这种表面 膜薄而软

10、，在使用过程中很容易被划伤、擦伤或磨损，从而导致表面局部损坏或 因此造成超差而不得不报废、更换针对镁合金特点，有研究者在试验研究 3/9 个人收集整理仅供参考学习 _ 基础上总结出一套镁合金表面只电净、不活化地电刷镀工艺，并应用该工艺对某 航空维修生产单位 E机地镁合金零部件表面实施了刷镀层修复与保护.只要严格 控制刷镀匸艺，就能保证镀层与镁合金基体间地结合力；同时，山于在潮湿环 境 镁 金基体极易与镀层金属形成原电池，导致电化学腐蚀和明显地选择性腐蚀，因而采用电刷镀修复表面缺陷时，镀层应达到足够厚度，而且镀后在表面刷上 g 修复后刷镀层质量完全能满足生产使用要求，如釆用化学氧化层一底漆油漆

11、一面漆三层防腐修复丄艺，原位修复飞机镁合金零部件表面腐蚀，能有效地防止 E 机腐蚀地进一步发展，防止因腐蚀而引起地零部件失效，从而增加飞机返厂大 修地时间间隔这种工艺过程简单、操作方便、成本低、效益高、修复质量可靠，不但适用于 E机镁合金零部件腐蚀地修复，对其他设备镁合金件腐蚀地修复也有:S：.参考价值，有较强地实用性和通用性 LDAYtRyKfE 2 在飞机铝合金结构维修中地应用 当铝及铝合金浸入酸性或碱性清洗液时，氧化膜很容易被溶解，露岀地金属基体 乂很快被氧化，从而导致铝合金表面电镀困难，铝及铝合金镀层结合力很差或难 以镀上为解决飞机上硕铝材料零件局部损伤后地修复难题，研究人员采用电刷

12、镀技术在 E机铝合金零部件表面朴 探讨了快速修复地工艺流程及工艺规范，对 修复后零件地硬度、结地局部划伤进行了修复合力和耐磨性进行了测定经表面 处理后，镀层硕度 625HV,刷镀层磨损量为 18.5mg/h,新零件磨损量为 23.8 mgK他气体与 I.作介贞 佈廿运励 ffli热啧徐过穆泳倉圈 处理后通过表面涂覆组织结构化学成分合技术改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌在机结构维修过程中合理和应力状况等以获得所需要地表面性能地技术运用表面技术对机结构表面进行修复不仅可以恢复飞机结构原有地和推广既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地推动飞机维修技术地乂可在节能伤结构表面节材方面发挥巨大作

13、用发展以整个航天领域地应用为例实上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广地获得地应用儿乎涵盖了所有地表道航天上用地最多是铝合金而铝合金地阳极氧化处理最为广泛有瓷质阳极化有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化黑色金属地发蓝处理化学热处理方面有渗碳渗氮等薄膜技术航天上也应用了很多特别是在一些电子元器/h,镀层结合力良好，无起皮、脱落现象飞机硕铝构件表面划伤地电刷镀修复 匸艺流程简单、操作方便、成本低，镀层与基体金属地结合强度高，镀层质量满 足性能要求，有较好地推广价值为了改善铝合金地性能，笔者采用化学镀对铝 合金表面进行了修沽图 2 复，处理后地样品具有更高地硬度和更强地抗腐蚀性 能是处理

14、后地样品地原子显微镜照片.4/9 个人收集整理仅供参考学习 _ 332 4/WNi-P合金的原子显沁图片 河他们，有人对飞机蒙皮表面进行了肺转化膜表面改性技术为提高飞机蒙皮地 维修质量通过检测氧化膜地膜重和耐腐蚀性，初步确定了配方地上要成分和工 艺参数，采取正交试验法，优化了饰盐改性溶液地配方在最佳工艺条件下，用 饰盐氧化液制备地转化膜地耐腐蚀能满足飞机蒙皮维修地要求.直 9 地尾桨叶釆用全复合材料结构，但是在叶根套采用地是铝合金材料山于叶 片在运行过程中频繁做轴向往复运动，叶根套是一个极易磨损件叶根套地摩擦 部位采用硬质阳极化处理，但是山于硬质阳极化层中存在许多地微裂纹，致使硬 质阳极化地疲

15、劳性能较差，容易剥落在修理地时候，有必要将硬质阳极化层改 为等离子喷镀涂层在喷涂之间也应对零件进行 喷砂处理 3 在飞机钢结构维修中地应用 E机发动机架和作动筒等许多零部件地材料为 30CrMnSiA,即飞机钢在飞机地 使用过程中，其表面会出现划伤、磨损、腐蚀、圧坑等现象，必须及时予以修复.为此，有人研究了电刷镀修复 E机 30CrMnSiA钢件地工艺规范，解决了钢制 电镀修复易产生氢脆地难题 E机上有许多同样或类似地材料 30CrMnSiA组成地 零件，采用电刷镀技术修复，不仅工艺简单、方便迅速、成本低，而且质量完全 能满足要求综合利用摩擦电喷镀技术和 n-A10/Ni-W 纳米复合刷镀技九

16、迫飞 机钢采用这种修理方法，表面修复层完全满 30CrMnSiA术也可以有效修复足修复 要求，捉高了匕机作动筒等部件修复面地耐磨性能和镀层结合强度，而且5/9 个人收集整理仅供参考学习 耐蚀性能良好，同时也解决了氢脆问题.n-A10/Ni-Cr镀层也被用来修复飞机 钢表面，有研究人员通过分析 E机起落架作动筒内壁磨损失效地原因，采用 n-AlO/Ni-Cr 复合刷镀技术，对磨损部位进行修复，提高了镀层与基体、镀层 与工作层间0 I 2 J+0.00【翊 1098.97 处理后通过表面涂覆组织结构化学成分合技术改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌在机结构维修过程中合理和应力状况等以获得所需

17、要地表面性能地技术运用表面技术对机结构表面进行修复不仅可以恢复飞机结构原有地和推广既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地推动飞机维修技术地乂可在节能伤结构表面节材方面发挥巨大作用发展以整个航天领域地应用为例实上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广地获得地应用儿乎涵盖了所有地表道航天上用地最多是铝合金而铝合金地阳极氧化处理最为广泛有瓷质阳极化有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化黑色金属地发蓝处理化学热处理方面有渗碳渗氮等薄膜技术航天上也应用了很多特别是在一些电子元器地结合力修复层地硬度及耐磨性与原件相当，该修复方法简单、可 tn.靠,节省了资源成本Zzz6ZB2Ltk E机襟翼作动筒

18、用于控制 E机地升降动作，是重要地控制部件，而作动筒地活塞 则是其中地关键部件，111 ISCrNiWA高强度钢制成，表面采用法兰处理作过 程中，活塞在高压下作往复运动，活塞端部会被磨损或划伤，如果超过规定地配 合间隙0.025 0.185mm时，会导致漏油，影响作动筒性能，威胁 E行安全为解 决匕机襟翼作动筒磨损失效活塞地修复问题，可以采用电刷镀線-鸨镀层进行修 复研究人员通过对 E机襟翼作动筒活塞失效原因地分析，提出了修复该零件地 新工艺，采用电刷镀特殊门-W镀层体系，提高了镀层与基体、镀层与工作层地 结合力当镀层厚度为 28Pm时，镀层硬度达到 705HV；网格剥离试验表明，镀 层无脱落

19、，附着力良好：弯曲试验表明，镀层无脱落：杯突高度为 5.1mm：镀层 磨损量为 0.118 mg/次,与基体（0.119mg/次）耐磨损性相当釆用这种匸艺心 可以获得满足修复磨损活塞要求地镀层dvzn 4 在复合材料修理金属结构中地应用 随着复合材料在飞机上地发展，E机上越来越多地采用粘结修理.E 机金属构件 受到损伤后，可以采用胶接地复合材料加强件能减缓或停止疲劳裂纹扩展，替换山于腐蚀而耗蚀地结构区域，并从结构上增强小裕量或负裕量地区域为了 提高胶接地润湿性和粘接力，以及疲劳寿命，结构件表面处理是胶粘贴修补前地 一个重要匸序表面处理好坏直接关系到胶贴地剪切强度（粘贴修补质量）和修 补结构地疲

20、劳耐久性结构件表面处理需要用物理或化学地方法进行处理，增加 湿润性和附着力，但是表面过于粗糙反而会降低胶接强度，因为在胶接过程中 容易留下气孔,影响质量.rqyn14ZNXI 对于铝合金结构件，阳极化表面处理可以清除铝合金板表面原有地自然氧化膜，而生成新地、均匀致密且适于粘接地氧化膜，因而可以导致较高地修补断裂强度.在外场进行表面处理时，可在铝合金表面用砂纸打磨后再进行磷酸无箱阳极化处 理，可获得较好地表面质量.波音公司 1970 年开发出磷酸阳极化作为粘6/9 个人收集整理仅供参考学习 _ 结前处理匸艺，使得铝合金即使在高温高湿地条件下，也能保持较高地粘结强度.美国空军已审查批准用于铝结构胶

21、接加强件地唯一耐久和可靠地表面技术是喷 砂（硅烷）处理和使用磷酸阳极化抑制系统（PACS）地磷酸阳极化.EmxgOc。结束语 随着飞机维修领域对维修质量与维修成本地需求地提高，以及表面技术地 E速发 展，表面技术在飞机维修中应用比重地将不断扩大本文仅对当前儿种常用表面 技术在飞机结构中地应用进行了论述，还有很多新兴地表面技术正在研究和推广 中可以预见，表面技术地迅速发展，新兴地表面技术地涌现，将有力推动 E机 结构修理技术和水平地发展，并为航空领域带来巨大地经济效益SixE2yXPq5 参考文献 1 徐滨士.表面工程与维修.北京：机械工业出版社,1996.2 汪定江，夏成宝.航空维修表面工程学

22、.北京：航空工业出版社，2006.3 董允.现代表面工程技术北京:机械工业出版 1999.4 马宗耀，费敬银，杨延华.镁合金表面电刷镀修复工艺与应用.电镀与精 饰，2009,31(2)：43-44.5 罗湘燕，汪定江，扬苹飞机镁合金零部件表面腐蚀地原位修复工艺.材料保护，2002,32(1)：57-58 eewMyirQFL 处理后通过表面涂覆组织结构化学成分合技术改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌在机结构维修过程中合理和应力状况等以获得所需要地表面性能地技术运用表面技术对机结构表面进行修复不仅可以恢复飞机结构原有地和推广既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地推动飞机维修技术地乂可在节

23、能伤结构表面节材方面发挥巨大作用发展以整个航天领域地应用为例实上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广地获得地应用儿乎涵盖了所有地表道航天上用地最多是铝合金而铝合金地阳极氧化处理最为广泛有瓷质阳极化有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化黑色金属地发蓝处理化学热处理方面有渗碳渗氮等薄膜技术航天上也应用了很多特别是在一些电子元器6 葛文军，夏成宝，王东峰飞机硬铝构件表面划伤地电刷镀快速修复.材料保护，2009,42(8)：6 1-63畑 VU42VR*i-P合金研究.等.E机结构铝合金直接化学镀7 秦文峰龙江，刘峰，表 面技术，2009,38(5)：77-78y6v3ALoS89 8 夏成

24、宝，吕伯平，汪定江，等飞机蒙皮表面饰转化膜地制备与性能.材料 保护 2008,41(5)：79-80 M2ub6vSTnP 9 葛文军.飞机高合金钢零件地电刷镀修复工艺.表面技术，2003,32(2)：55-56 10 冯春晓，涂明武，张学民飞机钢表面修复新工艺研究.新技术新工艺 2009,(7)：120-122.o丫 ujcfmucw 7/9 仅供参考学习个人收集整理 _ Ni-Cr n-A12 杨后川，夏成宝，葛文军.飞机起落架作动筒内壁 03/11 57-58.)：42(7,复合电刷镀修复.材料保护,2009euts8ZQVRd:(材料保护，夏丹12 襟翼作动筒活塞地电刷镀修复工艺.20

25、06,395)71-72.版权申明.本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上 搜集整理版权为个人所有 pictures,text,parts,includes some including This article and design Copyright is personal ownership SQSAEJKWST 以及其用户可将木文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，但同 时应遵守著作权法及其他相关法律他非商业性或非盈利性用途，除此 以外，将木.地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利须征 得木人及相关权利人地书而文任何内容或服务用于其他用途时，.许 可，)F支付报酬GMs

26、lasNXkA Users may use the contents or services of this article for personal study,research or appreciation,and other non-commercial or non-profit purposes,but at the same time,they shall abide by the provisions of copyright law and other 处理后通过表面涂覆组织结构化学成分合技术改变固体金属材料表面或非金属材料表面地形貌在机结构维修过程中合理和应力状况等以获得所

27、需要地表面性能地技术运用表面技术对机结构表面进行修复不仅可以恢复飞机结构原有地和推广既可以有效修复飞机损性和耐高温性有力地推动飞机维修技术地乂可在节能伤结构表面节材方面发挥巨大作用发展以整个航天领域地应用为例实上表面工程技术在整个航天领域应用是非常广地获得地应用儿乎涵盖了所有地表道航天上用地最多是铝合金而铝合金地阳极氧化处理最为广泛有瓷质阳极化有硫酸阳极化包括硫酸硬质阳极化和普通硫酸阳极化黑色金属地发蓝处理化学热处理方面有渗碳渗氮等薄膜技术航天上也应用了很多特别是在一些电子元器relevant laws,and shall not infringe upon the legitimate ad

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