轻金属尺寸修复及防腐耐磨应用优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：根据KM动力喷涂工艺的特点，可完全保持涂层材料与原始喷涂粉末材料的高度纯净性，自2000年左右开始，针对轻金属零件表面制备尺寸超差修复涂层、功能性涂层、耐蚀涂层、耐磨损涂层等需求开展了耐磨、防腐蚀、热导导电、热防护涂层的应用研究。已针对阿帕奇直升机、UH-60通用直升机、海鹰直升机相关部件进行了Al合金涂层的尺寸修复，并对镁合金、铝合金铸件的缺陷进行修复。

根据KM动力喷涂工艺的特点，可完全保持涂层材料与原始喷涂粉末材料的高度纯净性，自2025年左右开始，针对轻金属零件表面制备尺寸超差修复涂层、功能性涂层、耐蚀涂层、耐磨损涂层等需求开展了耐磨、防腐蚀、热导导电、热防护涂层的应用研究。例如：用于核能和化工领域的Ta、Nb、Zr涂层，航空工业轻金属腐蚀防护涂层，汽车工业的导热Cu涂层，民用的导磁耐磨涂层都已经得到了实际应用；镁合金防腐的Al涂层，钛合金的耐磨防护涂层等在航空航天、热能和化工行业都具有很好的潜在应用。

1.尺寸超差修复涂层

1）铝、镁合金零件腐蚀磨损的尺寸修复。从2025年开始，美国军方研究所（ArmyRe_- searchLaboratory，ARL）开展了系列研究计划，主要解决Al合金、Mg合金部件的动力喷涂/冷喷涂修复问题。已针对阿帕奇直升机、UH-60通用直升机、海鹰直升机相关部件进行了Al合金涂层的尺寸修复，并对镁合金、铝合金铸件的缺陷进行修复。图6-34和图6-35所示分别为UH-60通用直升机变速箱壳体和阿帕奇直升机主齿轮经Al合金涂层修复前后的形貌。Al合金粉末采用商用纯铝与AA6061铝合金。涂层的氧含量取决于原始粉末的氧含量，喷涂过程基本无氧化甚至可能降低氧含量。以商用纯Al粉末为例，原始粉末的氧含量为0.34%，而所制备涂层的氧含量为0.25%。涂层结合强度测试结果见表6-12。

图6-34 UH-60通用直升机变速箱壳体部件的修复

a）工作位置 b）修复完成后的ZE-41A镁合金部件

图6-35 阿帕奇直升机主齿轮部件的修复

a）修复部位 b）修复后的形貌

表6-12 CPAl涂层、AA6061涂层与ZE41A-T5镁合金基体的结合强度

针对ZE41-T5、AZ91C-T6镁合金基材及涂层的磨损疲劳测试结果表明，两种镁合金基体的磨损疲劳寿命为1000000次时对应载荷值为43MPa；而两种镁合金基材喷涂AA6061后，疲劳寿命为1000000次时对应载荷值为37MPa；ZE41-T5镁合金基体喷涂纯铝涂层的疲劳载荷值为34MPa。电化学腐蚀试验表明，由涂层（Al）与基体（Mg）构成的电化学腐蚀均能耐受7000h；ZE41A基体上喷涂纯铝涂层可耐受盐雾腐蚀（质量分数为5%的NaCl溶液，35℃）2400h。

2）螺旋桨叶片腐蚀、磨损的修复。普莱克斯公司将冷喷涂应用至C-130、C-160的螺旋桨叶片腐蚀、磨损修复，如图6-36所示。涂层材料为AA2224和AA2014铝合金。涂层与基体结合强度大于60MPa，按照ASTME466—2015标准测试的疲劳寿命结果表明，带有AA2224和AA2014涂层试样的疲劳寿命达到或超过基体试样的疲劳寿命。

图6-36 普莱克斯公司C-160螺旋桨叶片的喷涂修复(https://www.chuimin.cn)

a）修复前 b）修复后

图6-37、图6-38所示分别为CH-53重型直升机主传动部件的喷涂修复和AA6061和AA7075铝合金涂层疲劳寿命测试结果。

图6-37 CH-53重型直升机主传动部件的喷涂修复

a）修复前 b）修复后

图6-38 AA6061和AA7075铝合金涂层疲劳寿命测试结果

a）AA7075涂层 b）AA6061涂层

2.金属表面防腐蚀、耐磨涂层

美国Inovati公司针对飞机（F18）起落架高强钢（4340）上的IVD铝涂层的修复，代替含Cd的电刷镀技术，并可以实现现场修复。涂层材料主要采用纯Al及Al基复合材料。经过中性盐雾、含SO₂介质腐蚀试验及划痕腐蚀试验后表明，KM动力喷涂Al涂层能够获得与离子镀铝相类似的防腐蚀效果。

澳大利亚昆士兰大学联合轻金属设计中心，利用KM动力喷涂在AZ91E镁合金表面制备Al及Al基复合材料涂层，涂层与基体结合良好，其结合强度见表6-13。Al₂O₃的加入对涂层耐盐雾腐蚀和极化电位影响不大，但却显著提高了涂层的耐磨损能力，Al6061-20%Al₂O₃涂层的磨损失重速率较Al12Si、AZ91ET6镁合金块体材料低三个数量级。

表6-13 AZ91E铝合金表面Al基涂层结合强度

轻金属尺寸修复及防腐耐磨应用优化方案

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