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技术应用
发动机叶片纳米颗粒复合电刷镀后的性能
黄选民1
,幸泽宽1
,董世运2
,颜明华1
,张 桂
1
(1.中国人民解放军第5719厂,四川成都 611936;
2.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京 100072)
[摘 要] 针对某型发动机压气机整流叶片榫头磨损,应用纳米颗粒复合电刷镀技术进行修复。通过控制电刷镀
工艺参数,获得了性能稳定的纳米颗粒复合镀层,并检测了镀层的结合强度、显微硬度、基体渗氢量、耐磨性能及接触疲劳寿命。结果表明:n 2A l 2O 3/N i 镀层、n 2Si O 2/N i 镀层以及快镍镀层的结合强度均能满足使用要求;与快镍镀层相比,n 2A l 2O 3/N i 镀层硬度提高了25%,对基体的渗氢量降低了47%,耐磨性能是快镍镀层的2.5倍,接触疲劳寿命增加,而n 2Si O 2/N i 镀层硬度提高了12%,对基体的渗氢量降低了41%,耐磨性能是快镍镀层的2.2倍,接触疲劳寿命增加;纳米颗粒复合电刷镀比普通电刷镀快镍的加工效率提高近1倍;采用纳米颗粒复合电刷镀修复的叶片通过了长试考核,能满足使用性能要求。[关键词] 纳米颗粒;复合电刷镀;快镍;整流叶片
[中图分类号]T Q 153.2 [文献标识码]A [文章编号]1001-1560(2010)03-0053-03
[收稿日期] 20090903
[通信作者] 黄选民(1980-),男,硕士,工程师,主要从事
表面处理研究,电话:028-********,E 2mail:
voter .huang@t https://www.doczj.com/doc/e212839905.html,
0 前 言
发动机服役过程中,许多装配零件的配合面因气流载荷作用而发生了小振幅的振动和滑移,导致零件产生微动磨损,使零件间的配合间隙超过规定,最终影响发动机性能。纳米颗粒复合电刷镀技术是近年来发展起来的高新技术,其刷镀液中分散有近90%的固体颗粒,镀层相对耐磨性为刷镀快镍的2.1倍以上,对基材有强化作用。本工作结合发动机叶片的结构和损伤特点,以纳米颗粒复合电刷镀为主对发动机叶片榫头实施再制造修复,并对修复后的叶片的相关性能进行检测,最终满足实际要求,实现工程化应用。
1 试 验
1.1 基材及其前处理
基材选用GH2150合金,尺寸为25mm ×50mm ×3mm ,化学成分见表1。
表1 基材的化学成分
%
元素
C Cr N i W A l Ti Fe
w
0.06
15.30
48.00
2.50
0.90
2.00
余量
基材前处理
[1,2]
:240号水砂纸打磨→去污粉除油
→吹干→涂漆和胶带绝缘→去污粉除油→自来水洗→活化(10%稀盐酸,5～30s )→自来水洗。1.2 刷镀工艺
工艺流程
[1,2]
:刷镀特殊镍→刷镀纳米镍或快镍→
中间检查→自来水洗→吹干→(返修)→除氢→交检。
电刷镀采用MS 2100型电源,自行设计专用“U ”型夹具,镀层总厚度为0.10mm 。纳米镍镀层有N i 包纳米A l 2O 3(n 2A l 2O 3/N i )和N i 包纳米Si O 2(n 2Si O 2/N i )2种。
刷镀特殊镍工艺:396.4g/L N iS O 4?6H 2O ,14.6g/L N i Cl 2?6H 2O,21.0g/L HCl,69.0g/L 冰乙酸,18V 冲击镀5s,12V 镀60s,相对运动速度6～10m /m in,室温。
刷镀纳米镍(n 2A l 2O 3/N i,n 2Si O 2/N i )工艺:425.5g/L N iS O 4?6H 2O,28.3g/L N i Cl 2?6H 2O,445.5g/L
纳米Si O 2或纳米A l 2O 3,85.0g/L 氧化剂(H 2O 2),11.5g/L 分散剂(异丙醇胺、油酸),相对运动速度6～10
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m/m in,刷镀电压6～12V,时间8～10m in。
刷镀快镍工艺:快镍镀液基础配方与特殊镍镀液配方相同,另添加了1.0g/L添加剂(丁炔二醇),相对运动速度6～10m/m in,刷镀电压4～10V,时间8～10 m in。
镀液其他性能见表2。
表2 镀液性能参数
镀液快镍n2Si O2/N i n2A l2O3/N i
密度/(g?c m-3) 1.1500 1.1728 1.1670
pH值(25℃)7.517.477.46温度/℃20～5020～5015～50
耗电系数/
(A?h?dm-2?μm-1)
0.1040.0820.079
电导率(25℃)/
(S?c m-1)
0.0922750.0937730.095731
1.3 性能检测
按G B5270-85金属基体上的金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法中的锉刀法和热震法测试镀层结合强度。其中,热震步骤为300℃保温30m in后室温水淬,重复5次。
镀层硬度采用M24002H型显微硬度计检测,载荷0.49N,以5个点的平均值作为镀层硬度值。
用RH2404型氢含量测定仪检测基体氢含量,判断刷镍过程中镀层对基体的渗氢量。
耐磨性能测试在T211型球2盘式摩擦磨损试验机上完成。其中,带有刷镀层的试样尺寸为<25.4mm×6.0mm(基体材料为30Cr M nSi),刷镀层厚度为0.1 mm,偶件为直径6.35mm的GCr15钢球(63HRC)。试验参数:室温下干摩擦,载荷25N,滑行距离500m,相对滑行速度0.3m/s,转速287r/m in。采用失重法评价刷镀层试样的耐磨性。
刷镀层抗接触疲劳性能测试在JP252型接触疲劳试验机(点接触纯滚动式)上进行。
2 结果与讨论
2.1 镀层性能
2.1.1 结合强度
用锉刀法和热震法分别检测了n2A l
2
O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及快镍镀层的结合力。结果表明:3种镀层的结合强度均能满足使用要求。这与3种镀层的基体相同、前后处理工艺一致、溶液基本性能相当以及操作参数稳定有很大关系,结合强度的大小有待进一步量化。
2.1.2 显微硬度
n2A l2O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及快镍镀层的显微硬度见表3。
表3 镀层的显微硬度
镀层硬度/HV
n2A l2O3/N i532.4
n2Si O2/N i500.9
快镍425.2
由表3可知,与快镍镀层相比,n2A l
2
O3/N i镀层硬
度提高了25%,n2Si O
2
/N i镀层硬度提高了12%。纳米陶瓷粒子的存在是镀层耐磨性提高的基础。镀层显微硬度的大小与镀层中弥散的纳米陶瓷粒子的多少有关。陶瓷粒子越多,镀层硬度越大。
2.1.3 基体渗氢量
n2A l2O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及快镍镀层对基体的渗氢量见表4。
表4 镀层对基体的渗氢量
镀层基体渗氢量/(mg?L-1)
n2A l2O3/N i17.60
n2Si O2/N i19.85
快镍33.60
由表4可知,与快镍镀层相比,n2A l
2
O3/N i镀层对
基体的渗氢量降低了47%,n2Si O
2
/N i镀层对基体的渗氢量降低了41%。这表明陶瓷粒子确实阻碍了氢对基体的渗入,基体渗氢量与陶瓷种类关系不大,可能与颗粒尺寸和含量有关,纳米复合镀有利于强度较高材料的尺寸修复。
2.1.4 耐磨性能
n2A l2O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及快镍镀层的耐磨性能见表5。其中,相对耐磨性能以快镍镀层耐磨性能为基准。
表5 镀层的耐磨性能
镀层△m/mg相对耐磨性能n2A l2O3/N i22.1 2.5
n2Si O2/N i25.2 2.2
快镍55.5 1.0
由表5可知,与快镍镀层相比,n2A l
2
O3/N i镀层的
耐磨性能是快镍镀层的2.5倍,n2Si O
2
/N i镀层的耐磨性能是快镍镀层的2.2倍。加入纳米陶瓷粒子后,镀
55
层的耐磨性能显著提高,使修复后的叶片在服役过程
中磨损大幅减少。
2.1.5 抗接触疲劳性能
不同载荷下n2A l
2
O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及
快镍镀层的抗接触疲劳性能见表6。
表6 不同载荷下镀层的抗接触疲劳性能
镀层F/N特征寿命/105次
n2A l2O3/N i 60
140
19.80
11.94
n2Si O2/N i 60
140
14.77
12.36
快镍60
140
9.14
8.04
由表6可知,与快镍镀层相比,n2A l
2
O3/N i镀层与n2Si O2/N i镀层的接触疲劳寿命增加,叶片修复后的使用寿命增加。
2.2 工作效率
刷镀同样厚度的镀层,纳米颗粒复合电刷镀工艺所需的时间一般仅为普通电刷镀快镍的一半左右,加工效率提高近1倍。这主要是因为复合沉积所使用的电压较大,纳米颗粒属共沉积所致。
2.3 长试考核
选取5片受损的某型发动机高压压气机整流叶片电刷镀n2A l
2
O3/N i及n2Si O2/N i镀层,刷镀后整流叶片尺寸均恢复到装配要求,通过300h长试考核后镀层
完好,表明修复的叶片能够满足使用性能要求,达到了设计规定的叶片性能指标。
3 结 论
(1)n2A l
2
O3/N i镀层、n2Si O2/N i镀层以及快镍镀层的结合强度均能满足使用要求。
(2)与快镍镀层相比,n2A l
2
O3/N i镀层的硬度提高了25%,对基体的渗氢量降低了47%,耐磨性能是快
镍镀层的2.5倍,接触疲劳寿命增加,而n2Si O
2
/N i镀层的硬度提高了12%,对基体的渗氢量减少了41%,耐磨性能是快镍镀层的2.2倍,接触疲劳寿命增加。
(3)纳米颗粒复合电刷镀比普通电刷镀快镍的加工效率提高近1倍。
(4)采用纳米颗粒复合电刷镀技术修复的叶片通过了长试考核,能满足使用性能要求。
[参考文献]
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[2] 徐滨仕.MS2100纳米电刷镀设备工艺指导书[M].北
京:装甲兵工程学院,2000:1～6.
[编辑:郑 霞]
(上接第48页)
项目终审及可行性分析可以让所选企业明确最适合自身的清洁生产方法。通过废弃物产生的分析、材料平衡图、能源2产量(E2P)图以及有效的环境成本管理(EC M)[3,4],制定企业清洁生产所需的技术提升方案及计划,并对提出的技术改造方案从技术、经济、环境等方面进行可行性研究分析。通过这些技术改造,可以减少环境污染,获取经济效益。企业完成技术改造后,通过技术培训及生产运行,最终再审核,分析企业实施后的成果。
3 结 语
CFC项目对4家示范企业进行了清洁生产技术改造,使企业在改善环境的同时也获得了经济利益,将对我国其他企业起示范作用。通过此项目,建立了我国热镀锌工业的清洁生产审核体系,并将其运用于实际审核中。清洁生产的实施由环保及节约成本两方面驱动。政府在对生产企业提高环保要求的同时,应给予相应的鼓励及优惠,完善清洁生产优惠制度及相应的法规政策等,这样企业才能积极、主动、长久地推进和实施清洁生产。
[参考文献]
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[编辑:郑 霞]