在大力发展航空业的新形势下,航空发动机紧固件的咬死失效问题逐渐成为航空领域的关注焦点。但是由于航空紧固件面临应力、高温、微动等苛刻工况,在工作过程中,表面银润滑涂层会出现形变、剥落等失效形式,这是提高航空发动机发展水平必须要解决的难题。 武汉材料保护研究所段海涛研究员团队在《中国表面工程》2023年第4期发表综述论文《银涂层保护技术在航空发动机紧固件中的应用研究进展》一文。系统阐述了苛刻工况下航空发动机紧固件中存在微动磨损、磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损 4 种主要磨损失效形式,研究涂覆银润滑涂层前后螺栓表面的主要磨损失效形式,对比电镀和磁控溅射两种工艺制备的高温环境用银涂层在硬度、结合力等方面的不同,简述几种可以提高银涂层润滑能力的复合增强涂层制备技术,综述可用于高温环境中紧固件保护的高硬度特性和高温特种氧化替代涂层。对现用航空发动机失效紧固件上银涂层进行失效分析并结合现有研究结论,得出实际使用过程中银涂层软化和银的高扩散率是导致涂层失效的主要原因,提出高温下银涂层失效问题的可能解决方法,对涂层保护技术在航空发动机紧固件中的应用提出建议与展望。 引用格式 刘燕, 李国政, 贾丹, 詹胜鹏, 李文轩, 段海涛. 银涂层保护技术在航空发动机紧固件中的应用研究进展[J]. 中国表面工程, 2023, 36(4): 21-35. LIU Yan, LI Guozheng, JIA Dan, ZHAN Shengpeng, LI Wenxuan, DUAN Haitao. Progress in the Application of Silver Coating Protection Technology for Aero-engine Fasteners[J]. China Surface Engineering, 2023, 36(4): 21-35. 精彩看点 在系统介绍航空发动机紧固件苛刻工况下主要磨损失效形式的基础上,从涂层的制备工艺和涂层成分出发,综述银涂层和复合增强涂层制备技术的现状,结合现有高温涂层的应用现状提出可能应用于紧固件的高温替代涂层,并通过对现用航空发动机失效紧固件的分析总结提出目前银涂层在实际使用过程中存在的问题。最后,对紧固件涂层保护技术未来应用前景提出了自己的思考和建议。 (1)进行银涂层原子转移等微观层面的研究。涂层的宏观性质由涂层原子决定,对银涂层摩擦磨损过程进行分子动力学模拟,对涂层与配副交界处的原子转移情况和涂层与基体之间的结合能变化等问题进行分析和探究,对于探索涂层失效的根本原因,解决涂层的失效问题具有必要的宏观不可替代的作用。 (2)采用磁控溅射工艺制备银涂层。与电镀工艺相比,磁控溅射工艺制得的银涂层具有更优的厚度均匀性和结合强度,微观结构也更加致密,可以有效提高银涂层抵抗破坏的能力。 (3)尝试添加增强材料对银涂层改性或与其他固体润滑材料形成复合润滑涂层。通过添加具有高硬度特性的镍铬合金、具有自润滑特性的聚苯胺等材料可以有效增强银涂层的硬度或润滑性能,从而提高银涂层的减磨耐磨能力;复合润滑涂层可以增加银涂层的工作温度范围。 (4)开发含铬、钛或铝等高硬度特性或高温特种氧化涂层。铬、钛作为涂层组成材料,可以提高涂层的硬度,铝在高温下形成的氧化物釉层,具有出色的润滑效果,由其组成的涂层减磨耐磨能力十分可观,可尝试将上述涂层作为紧固件的新型保护涂层。
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