近幾年來的飛機結構件,使用了大量的鋁合金,鋁合金結構件在使用的過程中,因其所處的環境十分嚴酷,同時還承受交變或沖擊載荷,常會出現磨損、腐蝕和裂紋等故障,所以研究如何利用新技術快速高效修復結構件故障的需求十分迫切。
各類噴涂技術在飛機結構件故障修理過程中已展現出其獨特的優勢,而氧化鋁陶瓷粉體因其優良的性能和特點,作為原材料已廣泛地應用在各類噴涂修復技術中,用于修復典型的飛機故障件。由此可見,未來關于高質量的氧化鋁粉體的制造和應用方面的研究意義重大。
氧化鋁陶瓷粉體修復結構故障技術主要依托各類噴涂技術。噴涂技術(表面處理)可在普通材料上,制造一個特殊的工作表面,使其具備防腐蝕、耐磨、隔熱、導電、抗氧化、防微波輻射和絕緣等多種功能。常用的主要包括冷噴涂、熱噴涂等技術,這些技術在某些飛機零件修復中具有獨特的優勢。
冷噴涂技術是指金屬粒子未發生融化,而是通過壓縮空氣將其加速到臨界速度以上,通過發生形變直接沉積到基體表面形成涂層的技術。據報道,美國現役多艘航母上均配備攜帶冷噴涂設備的移動平臺,實時保障航母及艦上裝備戰時修復需要。可見,冷噴涂技術在裝備修理方面應用前景十分廣闊。冷噴涂常用的噴涂粉體有鋁和氧化鋁粉的混合粉體、純鋁粉、通用的鎳基混合粉體(包括鎳和氧化鋁)等。鋁和氧化鋁粉的混合粉體冷噴涂修理飛機零件時,可快速地沉積。修復后零件和涂層間具有較好的結合力(大于35 MPa),硬度在46 HB以上,并且具有較好的切削加工性能。可以用于鋼、鋁、鎂及其合金等多種零件的修復。
熱噴涂主要是利用火焰、電弧、等離子體等熱源將噴涂材料加熱到熔融或半熔狀態,并加速使粒子碰撞到基體上形成涂層的技術。與其它表面處理工藝相比,熱噴涂技術的可噴涂材料更加廣泛。針對鋁合金硬度低、耐磨性差、受損時失效快等缺點,熱噴涂的高抗磨性正好可以彌補它的這些缺點。熱噴涂層中所含的氧化物(氧化鋁陶瓷粉體等)、氮化物等第二相粒子均可以增加涂層硬度,提高耐磨性,而涂層孔隙尚能保持一層潤滑膜,還能容納因磨損所產生的碎屑,從而使接觸面積保持清潔,起到減磨作用。
氧化鋁陶瓷涂層具有很高的硬度、優良的耐磨性和化學穩定性,適用于高溫耐磨損、耐腐蝕等極端工況條件,目前已成為極具潛力的涂層材料。然而,陶瓷涂層都表現一定的脆性,與基體金屬材料的熱膨脹系數差異較大,在大載荷或有沖擊力作用及摩擦條件下,陶瓷涂層容易產生裂紋,性能得不到充分發揮,最終失效縮短其使用壽命。因此,陶瓷涂層的強韌化一直是材料表面工程領域研究中的熱點之一。氧化鋁涂層為了獲得更好的性能,達到使用要求,提高涂層壽命,目前從噴涂粉體、涂層成分和涂層結構三個方面來著手解決,具體表現為:噴涂粉體逐漸細化,從微米級向納米級發展;涂層的成分從單一的氧化鋁向多組元復合成分涂層發展;涂層的結構從單層的氧化鋁涂層向多層和梯度涂層方向發展。經過研究人員的苦心鉆研,現在氧化鋁涂層已經廣泛應用于許多領域。