国内外航空发动机企业热喷涂标准对比

国内外航空发动机企业热喷涂标准对比 时间：2012-09-21 13:54:30 来源：标 准 科 学 作者：邹 卓，王 璐，彭 新等   内容导读：现在热喷涂在航空航天方面应用十分广泛，目前国内外在这方面的一些专利标准情况如何呢？本文尽兴了详细介绍并提出了一些参考。摘　要：本文总结了国内外航空发动机企业热喷涂专业技术标准的现状，从标准体系建设、技术标准内容及质量控制要求等方面进行了对比，指出了我国航空发动机企业热喷涂标准体系建设存在的不足，并对我国热喷涂专业标准的发展提出了参考意见。关键词：热喷涂；技术标准；质量控制1 引言热喷涂技术是表面工程的关键技术之一，是维修与再制造的重要手段，热喷涂技术的进步在很大程度上得益于世界航空工业的空前发展。我国热喷涂技术是从上世纪50年代开始的，60年代开始发展到军工行业，90年代起热喷涂技术在航空工业进入了快速发展的时期。随着国内科学技术的进步及喷涂厂家的不断涌现，我国热喷涂技术在理论与实践上都有了很大的发展，但是在热喷涂设备研制、涂层产品开发、涂层质量提升、喷涂标准体系建设等方面仍与国外存在着很大差距[1-3]。企业标准是一个企业用来为某一范围内的活动及其结果制定规则、导则或规定特性、阐明要求的规范性文件，可以说企业标准代表了企业在某一技术方面的完善程度及发展定位，其重要性不言而喻[4-5]。本文从国外某航空发动机公司（简称A公司）企业标准入手，对比分析了国内外航空发动机制造企业喷涂专业标准的制定原则、体系构成、专业技术等内容，提出了我国航空发动机企业在热喷涂标准体系建设上存在的不足，对国内航空发动机企业热喷涂技术的发展及标准编制工作有着极强的推进及提升作用。2 国内外企业热喷涂标准现状国外知名航空发动机公司都具有完善的热喷涂专业标准体系。以A公司为例，其热喷涂专业标准主要包括材料标准、工艺标准、检测标准、涂层验收标准及质量控制标准。该公司热喷涂技术标准体系分类合理、结构完整、内容翔实充分。国内航空发动机企业在多年来的转包生产中消化吸收了较多的国外知名航空发动机公司的热喷涂标准，但一直处于借鉴模仿阶段，尚未形成完整的热喷涂标准体系。相比之下，国内企业热喷涂技术标准在很多方面存在不足。3 国内外企业热喷涂标准对比分析3.1 标准体系A公司热喷涂专业技术标准体系建设完整，分类合理，按不同类型的标准文件以不同英文字母开头，如A、B、C、D类为喷涂材料标准，E类为涂层性能试验方法标准，F类为涂层质量验收标准，P类为喷涂过程控制规范文件，S类为质量管理文件。这种编号方法体系健全，分类明晰，既便于管理又有利于日常查询使用。而国内发动机公司热喷涂专业技术标准文件编号时仅仅按企业内部标准顺序大排行，与标准文件体系分类编号是分开的，从标准编号中无法反映出标准的分类信息，查询起来非常麻烦，不便于日常科研生产中的使用。3.2 技术标准内容3.2.1 涂层体系完善程度A公司涂层体系非常系列化，对于每一种功能的涂层都有一系列的不同材料或同一种材料不同成分的涂层可供选择。而对于具体材料具体成分的每一种涂层，标准中都对涂层质量进行了分级，可以根据零件不同使用工况采用不同级别的涂层。比如：该公司的可磨耗封严涂层系列中有聚苯酯铝硅、镍石墨（75/25）、镍石墨（85/15）等涂层，而对于镍石墨（85/15）涂层（F50TF22），又分为A级（一般性涂层）和B级（增强抗腐蚀性涂层），选用涂层时可以零件在发动机中所处位置抗腐蚀程度的不同要求，选择不同的底层材料和喷涂工艺方法。而国内企业热喷涂技术发展年限不足，涂层产品体系尚未实现系列化。对于一种涂层使用需求，只有种类极为有限的涂层产品可供选择，甚至没有合适的涂层产品而需要临时针对使用需求进行研发。在热喷涂涂层产品上，国外先进航空发动机公司一直是技术引领型号发展，而国内却是型号引领技术发展。国内航空发动机企业在涂层体系产品上不够完善的情况，限制了热喷涂涂层在航空发动机上的应用，在一定程度上也限制了航空发动机的发展。3.2.2 性能测试标准对涂层性能检测方法不同，会导致检测结果的不同。因此，A公司对每种涂层性能指标的测试方法都有明确统一的规定，并且有一系列的测试方法与之配套。国内航空发动机公司对于热喷涂涂层性能检测，不同企业都执行各自的企业标准。这种在涂层性能测试方法上的不统一，导致不同企业制备的涂层性能指标之间可比性差。A公司对不同的功能涂层，都针对涂层功能具有专门的性能测试方法。如：对于可磨耗封严涂层，有耐冲蚀性能测试方法及可刮削性能测试方法等。而国内航空发动机公司尚未针对不同的功能涂层完善相应的测试方法。3.2.3 涂层金相内容在涂层的所有性能指标中，涂层金相指标是从微观角度上，也是最能从本质上反映涂层质量的指标。在A公司的涂层验收标准中，对于涂层金相指标有着明确的规定，并且对于涂层孔洞、氧化物、界面污染的多少及均匀性分布等内容都有相应的金相图片，不仅从数据指标上，而且从金相图片上都明确了合格的涂层必须满足的条件。国内企业的涂层标准中涂层金相指标极为不完善，有些涂层有金相指标内容但没有相应的金相图片对涂层质量进行控制，有些涂层甚至都不对涂层进行金相检验，这是涂层质量检验中的一个重大缺项。3.3 质量控制要求不同3.3.1 对试片要求不同零件涂层质量检验需要在喷涂时携带试片进行测试，国内外企业对试片的要求严格程度不同，致使喷涂零件的实际质量也明显不同。A公司的文件中明确要求试片喷涂角度、喷涂距离等参数与零件要完全一致，这样喷涂出来涂层试片才能代表零件，并且要求涂层试片性能完全合格后才能进行零件喷涂生产。而国内航空发动机企业虽然也规定了生产时必须携带试片，但对试片的喷涂角度及喷涂距离进行规定不够严密，也未做到与零件同时喷涂。因此，生产携带的检验试片无法完全真实地反映出实际零件涂层的质量。3.3.2 首件研制过程按A公司喷涂质量文件要求，一种新的涂层在进行生产前，必须经过严格的首件研制过程，而首件研制有一套必须严格执行的程序（如图1所示）。如图所示，首件研制程序分为3个步骤：工艺资格鉴定、在模拟件上进行的工艺能力评估、生产工艺鉴定评估。在工艺资格鉴定中必须完成工艺过程资格鉴定、操作人员资格鉴定和设备资格鉴定：工艺过程资格鉴定用来保证喷涂方法和工艺参数的正确性及稳定性，应当由16组连续实施的喷涂过程组成，每组喷涂应包含相应涂层规范标准中要求的所有性能试样（如硬度、拉伸结合强度等），这16组喷涂过程的所有性能数据必须满足相应涂层规范标准的要求。此外，针对每种性能，还必须根据这16组平行的数据计算出整个喷涂过程的工艺能力数值，即Cpk值。A公司规定性能的Cpk值大于或等于1.3的喷涂方法及选定的工艺参数才算合格。操作人员资格鉴定中要求操作人员证明喷涂熟练程度，按照确定的喷涂方法及工艺参数完成两组连续的喷涂过程，每组喷涂过程的所有性能数据都必须满足相应涂层规范标准的要求。设备资格鉴定中要求证明设备的喷涂熟练程度，按照确定的喷涂方法及工艺参数完成四组连续的喷涂过程，每组喷涂过程的所有性能数据都必须满足相应涂层规范标准的要求。完成工艺资格鉴定并经过相应面文件认证后，需验证已批准的喷涂工艺，喷涂设备和喷涂操作人员对于实际工件的喷涂能力，即在模拟件上进行工艺能力评估。在假件和相应的测试试片上喷涂涂层，涂层应符合相应工件热喷涂设计图纸的要求。再建立喷涂假件和喷涂测试试样之间的相关性，以保证实际工件上的涂层符合相应的要求。在模拟件上完成工艺能力评估并对工艺进行书面认证后，应对经批准的热喷涂工艺过程在真实零件上进行持续的认证。只喷涂一个真实的零件并携带典型测试试片，以确保在生产工件中涂层工艺的可重复性。而国内航空发动机企业对涂层零件首件研制的关注度远远不够，管理标准中虽然也规定了新件研制要求在模拟件上进行喷涂考察涂层性能，但仅要求进行多组平行试验来验证工艺参数，而对喷涂工艺的过程能力值没有规定，标准中对过程控制的要求不够规范，在实际生产过程中的可执行性差。3.3.3 生产检测频次要求A公司对涂层生产过程中的检测频次要求比较严格，降低检测频次需执行严格的程序，对生产过程的工艺过程能力进行考核，根据连续16批次生产携带试片的性能数据进行统计学分析，计算统计学Ppk值根据Ppk值的大小来确定生产过程中的检测频次。在刚开始某件涂层零件的生产，如果Ppk值小于1.1，零件必须100％检测。随着工艺过程能力的提升，Ppk值不断提高，相应的检测频次可适当降低，如每24或48件零件进行一次检测，甚至更长。这样既保证了质量的控制，又减少了工作量，提高了效率。而国内航空发动机企业对生产上的检测频次的控制不够严密，虽然规定每批次必须进行相应性能的检测，但每批次的定义较为模糊，较为严密的批次定义是：同一批次热喷涂粉末、同一设备、同一工艺、同一操作者在48h内喷涂的零件为一个喷涂批。即使最为严密的定义，在实际执行的过程中，依然存在漏洞。并且完全没有考虑到生产工艺过程能力方面的问题，对质量的控制远远达不到国外先进航空发动机公司的程度。3.3.4 涂层性能评定要求对涂层性能的评定包括涂层金相检测分析，涂层物理性能分析以及涂层组织成分方面的分析，与一般试样的性能分析相比，带有涂层的试样的性能分析具有不同的特点。以金相检测为例，带有涂层的试样无论是从镶样、磨样到金相评估，针对不同种类的涂层其参数都有不同的要求，这就要求金相检测人员不仅要有金相检测的知识，还需要具有一定的涂层专业知识，能够针对具体的涂层采用不同的镶样方法、磨样参数，并且能正确地对涂层进行金相评估，否则其评定出的金相检测结果可能与真实情况完全背离。A公司为涂层性能评定建立了专门的试验室，并且制定了完善的管理文件体系，有专门的标准文件对涂层测试与评定所涉及到的各个实验室、人员以及工作程序进行了规定。其中包括对供应商涂层实验室、人员的要求以及对涂层实验室的要求。它要求任何为该公司提供涂层产品的生产商，其涂层性能检测实验室及进行测试人员都必须经过本公司的培训及认证，每个测试人员及实验室测试每种涂层都必须通过交叉对比试验的考核（Round Robin：由供应商涂层实验室和本公司涂层中心实验室的测试结果进行统计学比较），这就保证了每位涂层检测人员的检测能力及其检测结果的正确性。国内航空发动机企业在涂层性能检测培训及认证方面相对落后，所有涂层性能检测人员培训及认证还挂靠在理化检测的分支上，没有专门针对热喷涂涂层的性能测试的人员培训及认证机构，这对热喷涂涂层质量控制及质量提升是十分不利的。4 建议（1）要建立完善的标准体系，参考借鉴国外先进航空发动机公司的标准制定经验，制定涂层制备过程控制及涂层质量控制的标准，完善各种涂层验收标准及涂层性能测试方法标准。（2）要完善技术标准文件的内容，增加涂层金相标准等关键性指标，加强涂层质量控制。（3）要建立完善的涂层性能评估制度，成立专门的涂层性能测试及认证机构。 图略参考文献略 本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：