陶瓷金属表面的ms涂层技术

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1、陶瓷金属表面的MS涂层技术航空发动机中的生产技术从喷气发动机开始应用以来，人们一直在不断努力提高发动机的性能。以提高喷气发动机推力、燃料消耗比为特点的高性能及环境适应性要求，一年比一年高。为满足（适应）这些高性能的要求，对发动机本身的轻量化、透平发动机的高温化及压缩机的高压化等提出了更高的要求，在生产技术上也需有大的发展。生产技术决定了竞争力，表面改性技术是竞争力中的关键。（1）表面改性（功能膜形成）技术为适应高温化，在新材料开发、表面改性（功能膜形成）技术开发、冷却结构设计和生产技术开发上都得到了发展。在航天航空领域中，喷

2、气发动机等金属零部件上的功能膜形成技术有CVD、PVD、电镀、喷涂、堆焊等，这些技术的缺点是设备投资大，对技能的依赖性强，且有些工艺需增加清洗、制作掩膜等预处理工序及除去掩膜、边界处理等后处理工序，有些还会产生热变形、膜体剥落等问题，不适于流水线生产。（2）新功能膜成形技术IHI和三菱电机开发了一种能集成在机械加工生产线、可制备各种功能膜的新型成形技术，即在放电涂层技术的基础上对模具及工具加工表面进行涂层的新技术。采用该新涂层技术，金属陶瓷薄膜、厚的金属堆焊层以及金属陶瓷和金属的混合层都能形成。由于利用了放电能量，故称之为M

3、S涂层（微弧涂层）。在此技术基础上，进而开发出了适用于各种零部件的功能薄膜或堆焊层。MS涂层技术MS涂层技术是采用含金属或陶瓷等成分的电极进行放电表面处理，形成耐久性、耐磨性优异的高质量功能薄膜技术。由于不需要熟练操作人员和前后处理工序，适合于自动化生产线；又因不需要昂贵的蒸发炉等设备，简化了制造工程，费用大大降低。（1）MS涂层的原理将由涂层材料粉末做成的电极与被处理材料放入绝缘油中加电压，此时，电极与被处理材料间开始脉冲放电（每秒约1万次），电极材料逐渐向基体迁移，材料溶融接合，形成薄的陶瓷涂层或厚的金属堆焊层。通过选用

4、不同的电极和加工条件，能形成致密光滑或疏松带孔的涂层组织。（2）MS涂层的主要优点金属表面涂层的主要方法有堆焊、喷涂、电镀等，MS涂层和这些方法相比有如下优点（见表1）。表1MS涂层和其它技术的比较特性：MS涂层－电镀－堆焊－喷涂集成于生产线：容易－困难－困难－困难费用：小－大－中－大前后序处理：几乎不需要－掩膜保护－需精加工－掩膜保护质量：稳定－可剥落－产生裂纹－可剥落变形：没有－没有－大－有涂层材质：陶瓷、金属－金属－金属－陶瓷、金属环境：○－△－△－△①基体变形极小，没有裂纹焊接时焊接部分的热胀冷缩很大，极易产生变形及

5、裂缝。MS涂层时产生的是微量级的微细脉冲放电，由于在其局部反复进行溶融接合，基体的收缩受到限制，因此变形很小，没有裂纹。②涂层薄膜不会剥离采用喷涂、电镀等方法时金属仅附着在基体的表面，有剥离的可能性，而MS涂层是溶融接合，不会产生剥离。③能在要求位置上加工，毋需前处理工序由于MS涂层只在电极和基体放电处生成涂层，因此不像喷涂、电镀等工艺需掩膜保护等前处理工序。④不依赖于技能就能确保可靠的质量传统的溶接作业，为了保证质量，需要熟练技工手工作业，而采用MS涂层设备，不依赖于熟练技工，就能确保质量的可靠。⑤组建小规模生产线成为可能

6、喷涂、电镀等设备规模大才能组成生产线，而MS涂层设备规模小，能方便组成生产线。应用实例和可应用场合MS涂层技术在喷气发动机中的应用有的正在进行试验，有的已在飞机上进行了实际工况的验证。（1）高温耐磨实例低压透平动叶片凸缘的摩擦面上堆焊了含铬的钴合金。采用焊接工艺时，有大量余量须手工后序去除。而MS涂层能堆积成所要求的厚度尺寸，不需再加工。由该堆积层采用传统焊接法和MS涂层法的磨损状况比较可以看出，从低温到高温，MS涂层都没有多大的磨损。试验条件：表面压强：7MPa；振幅：1mm；摩擦次数：100万次。采用MS技术涂覆TiC涂

7、层的零件比未涂层的同一种零件的耐磨性要优良得多。（2）耐磨损实例①对低压透平动叶片凸缘0.7mm厚的密封端部涂覆了金属陶瓷。将涂层件与静止件蜂窝密封部分摩擦，蜂窝密封处已出现一定程度磨损时，涂层件没有磨损，无涂层时就有磨损，蜂窝上形成了金属材料的转移。②压缩机动叶片端部内侧曲面上涂覆15μm厚的金属陶瓷，空气密封所用密封的厚0.3mm顶端涂覆金属陶瓷。当有摩擦时，只是静止零件的密封部分被磨损，自身没有磨损。由于叶片端部磨损后，发动机性能下降，需进行定期检查和堆焊修补，采用MS涂层后，大大减少了堆焊修复的频率。（3）堆焊修理实

8、例①用镍合金制成的压缩机动叶片的端部堆焊0.4mm的钴合金。叶片前缘和后缘厚度仅为0.2mm,但却可以堆焊0.4mm厚的钴合金。②在单向凝固的镍合金材料透平机动叶片前端堆焊0.4mm的钴合金。在单向凝固材料上进行焊接是很困难的，须没有焊接裂纹，且需保证前端部的凹度，采用微弧堆焊是可行的工艺