表面处理在航天技术中的应用.docVIP

表面处理在航天技术中的应用 采用表面涂层技术中的热喷涂、焊接及电刷镀技术,使航天飞机 和一些航天中的飞行物体零部件表面具有耐磨性和耐蚀性，这种工艺不仅可以延长零部件的使用寿命、降低成本，而且可以提高产品的可靠性。表面涂层技术包括等离子喷焊、热喷涂、电刷镀、电镀、物理及化学气相沉积等表面强化工艺，可使零件表面具有耐磨损、耐高温、抗氧化、抗疲劳等多种性能, 是提高产品质量、节约能源、获得经济效益的一种表面强化技术。近年来，由于该项技术的新进展, 其应用领域又有了进一步的扩大。飞机和航天飞行物因为在飞行中的过程中温度很高，摩擦很大损耗很大，如果让零部件做一些特殊的处理便会大大延长航天飞船和高速飞行物地寿命。我们这里研究的是等离子喷焊技术，电弧喷涂技术，等离子喷涂技术。 等离子喷焊技术 等离子喷焊是以氩气等离子弧为热源，选用一定成分的合金粉末作为填充金属，由非转移弧过渡引燃转移弧，利用转移弧在工件表面产生熔池。合金粉末按需要量连续供给，借助送粉气流送入焊枪，并吹入电弧中。粉末在弧柱中被预先加热，呈熔化或半熔化状态，喷射到工件表面的熔池里，在熔池里充分熔化、进行冶金反应，并排出气体和浮出熔渣。随着焊枪和工件的相对移动，熔池逐渐凝固，在工件表面上获得所需的合金层。飞机的外壳和外界的摩擦最大，磨损破坏失效最为严重的设备之一。外壳的磨损，也是航天飞行中最大的问题，外壳如果磨破了肯定会让飞行器失效，但是当外壳磨薄了也会使内部的结果收到影响。采用等离子喷焊铁基合金处理外壳，连续使用180d 后磨损量约为0.2～0.3 mm，寿命比没经处理的耐磨铸钢寿命提高约3～5 倍。该工艺方法不仅节约了大量的人力物力,而且生产效率高，见图1。 电弧喷涂技术 电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化了的金属丝材用高速气流雾化，并喷射到基材表面形成涂层的一种工艺。电弧喷涂效率高，喷涂成本低、经济性好。因而其在防腐、表面强化、零件表面修复等特殊功能涂层的制备中有着广泛的应用。 飞机在长时间的飞行中，各种性能会改变，韧性，硬度也会改变，当航天飞船回来回首后，采用电弧喷涂耐磨药芯焊丝修复旧轴，使用寿命比原来提高了2 倍，效率高，而成本只有新轴的10 %。也不光航天飞行中需要这种技术，矿山机械中轴类包括减速机轴、采煤机摇臂、主轴、风机大轴、液压泵站轴。由于井下湿度大且含有腐蚀介质, 钢铁腐蚀相当严重,原带式输送机底托架采用涂刷防腐漆的方法进行防护, 不到1.5 年表面呈片状脱落, 采用电弧喷涂铝加封孔剂进行防腐处理，服务年限可达到30 年。所以在航天科技中应用这种技术会使航天飞行的成本节省很多。 等离子喷涂技术 这是一个既方便又快捷的技术，而且很适合大面积的操作。等离子喷涂喷枪的钨电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接电源负极和正极，通过高频振荡器引燃电弧，使供给喷枪的工作气在电弧作用下电离成等离子体。当熔融状态的球形粉末撞击零件表面时，各颗粒也依靠塑性变形而相互粘结，随着喷涂时间的增长，零件表面就获得了一定尺寸的喷涂层。在航天飞行中金属合金是使用最多的材料，同时也是最要经受得各种磨练的材料。主题的金属材料过流件（柱塞、轴套、叶轮、机械密封动环等）遭受空气冲刷、汽蚀、腐蚀性介质的腐蚀、含颗粒液体的磨损腐蚀，导致流道表面损坏、泵效率降低、使用寿命缩短。由于内部的过流部件的汽蚀破坏仅在表面发生，可采用价格便宜的碳素结构钢或低合金结构钢作为母材，进行表面涂层处理，制备出优于母体材料性能的表面功能薄层。这样即节约了贵重材料、降低了成本，又使汽蚀严重部位得到恰当的保护。经等离子喷涂制备的柱塞，涂层硬度在800～1200HV，摩擦系数为0.05～0.11，使用寿命比镀铬提高8～10 倍。采用等离子喷涂制备陶瓷涂层的机械密封动环,在旋转摩擦过程中表现出特有的自密封能力，又改善了表面粗糙度，填充了涂层孔隙，因而显示出优良的耐腐蚀磨损性能。的情况下, 采用电刷镀技术进行修复, 周期短、费用低且使用可靠，值得推广。一些轴类零件如水泵电机轴磨损几微米到几十微米如要报废， 加工一根就得上万元，采用电刷镀技术进行修复, 不仅降低了维修费用, 而且还减少了因拆卸设备而可能导致其它零件的损坏, 为企业挽回了巨大损失。 航天飞行是一个非常复杂的过程，各种控制技术虽然是很关键的，但是如果材料过不了关的话，必然会导致各种控制失效。各种表面处理将会给材料的性能带来多一重的保障，例如一个简单的处理，喷砂能把工件表面的锈皮等一切污物清除，并在工件表面建立起十分重要的基础图式（即通常所谓的毛面），而且可以通过调换不同粒度的磨料，达到不同程度的粗糙度，大大提高工件与涂料、镀料的结合力。或使粘接件粘接更牢固，质量更好。机械零件经喷砂后，能在零件表面产生均匀细微的凹凸面（基础图式），使润滑油得到存储，从而使润滑条件改善，并减少噪声提高机