李晗曄*，冮冶，劉志強

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司技術(shù)中心，遼寧 沈陽 110043）

化學法去除碳化鎢-鈷涂層的工藝

李晗曄*，冮冶，劉志強

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司技術(shù)中心，遼寧 沈陽 110043）

采用化學法分別去除GH4169合金及TC4合金基材表面的WC-Co等離子噴涂層。通過正交試驗對去除液配方和處理溫度進行優(yōu)化。GH4169基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝條件為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝條件為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度30 ℃。采用上述工藝可有效去除GH4169和TC4表面的WC-Co涂層，對基體無明顯的化學腐蝕，不會導致基體吸氫。1 L去除液可處理約10 dm20.3 mm厚的WC-Co涂層。

鈦；高溫合金；碳化鎢；鈷；等離子噴涂層；去除

WC-Co金屬陶瓷涂層由于具有良好的耐磨損抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、石油化工、機械等領(lǐng)域。WC-Co涂層中的WC陶瓷相具有能和金剛石媲美的硬度，而Co金屬則可提供涂層所需的韌性和結(jié)合強度，因此該涂層被廣泛用于修復損傷零件和具有高耐磨性要求的零部件[1-3]。某大修機級間封嚴環(huán)、后機匣等零部件在1個飛行周期后，就需要進行WC-Co涂層返修。對零件的殘余舊涂層，目前多采用機械打磨后再吹砂的方法去除。采用機械法去除易導致零件變形、壁厚減薄和表面完整性變差，會對后期零件的裝配和使用過程中發(fā)動機的可靠性產(chǎn)生不利影響。

化學法去除各類涂層是國內(nèi)外常用的工藝手段之一[4-6]，只要遵循對基體損傷在合理范圍內(nèi)及工藝過程可控的原則，通過選取適宜的腐蝕溶液與工藝過程即可快速有效地去除各類涂層，避免機加過程對零件的損害。WC-Co涂層中Co以金屬單質(zhì)形式存在，易與氧化性酸發(fā)生反應(yīng)生成Co2+離子，從而使涂層在腐蝕反應(yīng)過程中逐漸分解。本文通過涂層去除的正交試驗，考察了反應(yīng)溶液、處理溫度等因素對以GH4169、TC4為基體材料的WC-Co涂層去除效果的影響，確定了合理的化學法去除WC-Co涂層的工藝。

1 實驗

1.1 基體材料

基體材料為50 mm × 50 mm × 5 mm的某型機用GH4169和TC4合金，其表面預(yù)先通過等離子噴涂0.3 mm厚的WC-Co涂層。

1.2 工藝流程

除油—水洗—酸洗除涂層—流動冷水洗—中和—清理—熱水洗—吹干。

1.3 去除涂層的酸洗液配方和工藝

1.4 實驗方案

以除凈WC-Co涂層的時間為指標，按L9(43)正交表進行正交試驗，考察去除液中硝酸含量、雙氧水含量和去除溫度對GH4169和TC4合金基WC-Co涂層去除效果的影響，以確定合理的化學法去除WC-Co涂層工藝。

1.5 檢測方法

由于涂層外觀與基體材料之間的差別顯著，可先通過目視判斷涂層是否去除干凈，再采用德國LEICA公司DMI500M型金相顯微鏡進一步觀察化學法去除涂層的效果和對基體材料表面狀態(tài)的影響。采用RH-404型定氫儀(美國LECO公司)檢測基材的含氫量(體積分數(shù))。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果和極差分析如表1所示。

表1 正交試驗結(jié)果及極差分析Table 1 Results of orthogonal test and range analysis

由表1中各因素的極差可知，影響GH4169、TC4合金基WC-Co涂層去除效果的主次因素分別為：雙氧水含量 > 溫度 > 硝酸含量，溫度 > 雙氧水含量 > 硝酸含量。從各因素的均值看，GH4169基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃或45 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度40 ℃。考慮到反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度太高會影響操作環(huán)境，因此選定前者的處理溫度為35 ℃，后者的處理溫度為30 ℃。在最優(yōu)工藝條件下，GH4169、TC4合金基WC-Co涂層除凈的時間分別為28 min和30 min。

2.2 涂層去除工藝對TC4基體含氫量的影響

由于鈦合金材料對氫較為敏感，在酸溶液中存在吸氫的可能。為避免由于氫脆而造成鈦合金材料發(fā)生脆性斷裂，考察了化學法去除WC-Co涂層對TC4基體含氫量的影響。在35 ℃下，采用30 mL/L HNO3+ 550 mL/L H2O2酸洗液分別對TC4合金和鍍覆有WC-Co涂層的TC4合金進行酸洗處理，酸洗不同時間后TC4合金的含氫量如表2所示。從表2可知，采用試驗確定的槽液配方去除WC-Co涂層后，TC4材料未明顯增氫，說明該法去除WC-Co涂層對基體含氫量沒有影響，即該法不會增加TC4合金零件的脆性。

表2 WC-Co涂層去除液對TC4基體含氫量的影響Talbe 2 Effect of WC-Co coating removal solution on hydrogen content of TC4 substrate

2.3 涂層去除工藝對基體表面狀態(tài)的影響

圖1所示為2種空白合金試樣和采用上述最佳工藝去除表面WC-Co涂層后2種合金材料的截面形貌。從圖1可知，涂層去除液對2種合金表面的腐蝕都不明顯，因此采用正交試驗確定的槽液配方去除 WC-Co涂層，對GH4169、TC4基體材料的表面狀態(tài)沒有不良影響。

圖1 不同試樣的截面形貌Figure 1 Cross-section morphologies of different samples

值得注意的是，H2O2氧化性極強，試片從槽液中取出后，脫落的涂層物質(zhì)仍與溶液持續(xù)發(fā)生有氣體逸出的化學反應(yīng)，待反應(yīng)終止后，槽液基本失效，很難再進行槽液調(diào)整，因此槽液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用。初步估算得知，在本試驗條件下，1 L槽液可腐蝕約10 dm2厚為0.3 mm的WC-Co涂層。

3 結(jié)論

(1)化學法去除GH4169合金基WC-Co涂層的最優(yōu)工藝為：HNO330 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度35 ℃。TC4合金基WC-Co涂層的最優(yōu)去除工藝為：HNO370 mL/L，H2O2550 mL/L，處理溫度30 ℃。

(2)采用化學法去除WC-Co涂層不會對GH4169、TC4基體造成腐蝕，對鈦基體含氫量也無影響。

(3)1 L槽液可腐蝕約10 dm2、0.3 mm厚的WC-Co涂層。

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[1]王浩洋, 蘇濱.1Cr9MOVNbN葉片WC-Co防護涂層結(jié)構(gòu)與性能研究[J].焊接, 2010 (10): 33-36.

[2]裴延波, 陳浩, 王長江, 等.WC-Co涂層的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].石油化工腐蝕與防護, 2011, 28 (1): 1-4, 8.

[3]陳山.熱噴涂涂層在航空修理上的應(yīng)用[J].航空維修與工程, 2003 (6): 32-33.

[4]陳國強.粉末涂層的退除[J].電鍍與環(huán)保, 1994, 14 (6): 33-35.

[5]任華.化學法去除葉片氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物的工藝研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2013 (19): 4-5.

[6]劉陽, 譚敦強, 陸德平, 等.化學法去除廢舊硬質(zhì)合金表面TiN涂層過程中的腐蝕行為[J].粉末冶金材料科學與工程, 2013, 18 (1): 20-25.

Removal of tungsten carbide-cobalt coating by chemical method

LI Han-ye*, GANG Ye, LIU Zhi-qiang

The plasma sprayed WC-Co coatings on surface of GH4619 and TC4 alloys were removed by chemical method.The removal bath composition and treatment temperature were optimized through orthogonal test.The optimal process conditions are HNO330 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 35 ℃ for removing WC-Co coating from GH4619 alloy substrate, and HNO370 mL/L, H2O2550 mL/L, and treatment temperature 30 ℃ for TC4 substrate.The WC-Co coatings on the surfaces of both GH4169 and TC4 can be removed effectively by using the given processes.There is no obvious chemical corosion and hydrogen absorption phenomena on the substrates during removal processing.1 L removal solution can be used to treat about 1 dm2of 0.3 mm-thick WC-Co coating.

titanium; superalloy; tungsten carbide; cobalt; plasma sprayed coating; removal

Technical Center of AVIC Shenyang Liming Aero-Engine (Group)Corporation Ltd., Shenyang 110043, China

TG174.36

A

1004-227X (2015)05-0269-03

2014-08-28

2014-12-10

李晗曄（1979-），女，河北保定人，碩士，高級工程師，主要研究方向為航空發(fā)動機零部件的表面腐蝕與防護。

(E-mail)li_hanye@sina.com。

周新莉]