■ 谷平/中國航發(fā)成發(fā)

相對于傳統(tǒng)的焊接和熱噴涂金屬修復工藝，冷噴涂技術(shù)因為工作溫度低、可以消除應(yīng)力和變形而顯得更有優(yōu)勢，被維修企業(yè)（MRO）視為一種突破性的技術(shù)。

冷噴涂是用膨脹氣體將固體顆粒加速到超聲速，使其有足夠的能量與固體表面結(jié)合的一種技術(shù)。顧名思義，冷噴涂的應(yīng)用溫度要比其他的熱噴涂和焊接工藝低得多，這意味著可以避免相關(guān)的變形和應(yīng)力。

冷噴涂概念的提出

冷噴涂技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)有30多年的研究歷史。20世紀80年代，蘇聯(lián)科學院西伯利亞分院的科學家在開展風洞試驗時，根據(jù)示蹤測速發(fā)現(xiàn)顆粒在速度超過一定臨界值后發(fā)生沉積的現(xiàn)象，并在1990年正式提出冷噴涂技術(shù)的概念。大約在2000年，冷噴涂被當作修理技術(shù)進行研究，但它的研究和開發(fā)僅限于軍用飛機的部件修理。

美國空軍研究實驗室(ARL)于2000年開始了冷噴涂技術(shù)的應(yīng)用研究，并于2001年在馬里蘭州建立了冷噴涂研究與發(fā)展中心。該中心將冷噴涂技術(shù)用于B-1轟炸機、F/A-18戰(zhàn)斗機、“黑鷹”和“海鷹”直升機的修理。據(jù)稱，該中心在冷噴涂技術(shù)的實施和發(fā)展上一直處于領(lǐng)先地位，并與所有使用冷噴涂修理技術(shù)的公司之間開展合作，將其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用轉(zhuǎn)到民用領(lǐng)域。

比傳統(tǒng)的焊接和熱噴涂更有優(yōu)勢的冷噴涂修理技術(shù)

恢復尺寸

穆格（Moog）公司與ARL自2007年起便共同致力于冷噴涂修理技術(shù)在軍民用維修（MRO）領(lǐng)域的應(yīng)用研究——用鈦、不銹鋼、銅和其他金屬粉末進行各種部件的修復，如機輪或面板等。穆格公司稱，最常見的冷噴涂應(yīng)用是在鎂和鋁基板上修復磨損或腐蝕的材料，包括各種傳動裝置的外殼和齒輪箱等。該公司指出，盡管這項技術(shù)很強大但仍處于早期開發(fā)階段。隨著越來越多的修理技術(shù)的出現(xiàn)，會有越來越多的冷噴涂技術(shù)用于滿足維修需求。

GE航空旗下的Avio公司自2010年起便與歐洲多所大學和研究中心合作共同研發(fā)了一種冷噴涂技術(shù)。目前，Avio的研究主要集中在鋁零件上，該公司現(xiàn)正在考慮擴展冷噴涂修復技術(shù)的應(yīng)用范圍，未來也有望應(yīng)用于航空發(fā)動機和燃氣輪機的葉片修理中。

標準航空（StandardAero）公司自2016年起，開始探索冷噴涂修理技術(shù)的各種應(yīng)用，研究如何將冷噴涂技術(shù)用于發(fā)動機部件的修理。這一工藝是新的還沒有得到充分驗證，因此標準航空公司需要與原始設(shè)備制造商（OEM）開展合作，以審核其修理效果。標準航空公司希望將越來越多的修理技術(shù)轉(zhuǎn)化為標準的修理方法列入發(fā)動機修理手冊中，供全行業(yè)使用。修理手冊會隨著技術(shù)的發(fā)展而更新，可以促使鋁和銅等軟金屬以及鎳基合金等更復雜材料的推廣應(yīng)用。

MTU航空發(fā)動機公司在2012年開展了用冷噴涂工藝對發(fā)動機機匣的法蘭進行修復的研究，并為冷噴涂用于“狂風”戰(zhàn)機的RB199 發(fā)動機葉片的修理編制了技術(shù)文件和技術(shù)標準。MTU航空發(fā)動機公司計劃將冷噴涂工藝引入商用發(fā)動機零部件的維修，并開始進行相應(yīng)的取證工作。

霍尼韋爾(Honeywell)公司早在2004年就開始了冷噴涂修理技術(shù)的研究和開發(fā)，其大部分的開發(fā)工作都是與擁有最現(xiàn)代化的冷噴涂設(shè)備的供應(yīng)商合作完成的。

2009年，霍尼韋爾公司進行了首次冷噴涂修復，現(xiàn)在有近70個零部件通過這種方式進行修復，其中包括鋁和鎂的結(jié)構(gòu)件，如齒輪箱、泵殼和渦輪發(fā)動機的閥門。

Praxair表面技術(shù)公司采用冷噴涂技術(shù)對C-160飛機的鋁合金螺旋槳葉進行了修復，Windsor公司還采用冷噴涂技術(shù)對飛機發(fā)動機輔助動力系統(tǒng)內(nèi)的鋁合金部件進行了尺寸修復。

結(jié)構(gòu)修理

阿克倫大學國家腐蝕和材料性能教育研究中心正在開展將冷噴涂技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)修理的研究。通過俄亥俄州的資助，該大學與機載維修和工程服務(wù)(AMES)公司、安全公司(SAFE Inc.)開展合作，以獲得美國聯(lián)邦航空局(FAA)對商用飛機上腐蝕和磨損部件進行冷噴涂修復的批準。

目前，已獲得批準的冷噴涂修復飛機部件僅限于變速箱或外殼等部附件，接下來是要證明冷噴涂同樣適用于機體結(jié)構(gòu)件的修理，使之恢復到適航狀態(tài)，滿足或超過其原始設(shè)計強度?！?/p>

第一階段，選擇了對適航性影響較低的二級結(jié)構(gòu)件，其中包括面板、空氣載荷翼肋和波音767的機輪等。在項目進行中，AMES和SAFE公司還申請用氮氣替代氦氣進行冷噴涂修復，這樣可以使成本更低且更環(huán)保。在完成所有的研究和測試后，研究團隊已向FAA提交了修理規(guī)范并等待FAA的最終審核，通過后便可以將冷噴涂添加到AMES的能力清單中。下一階段，會研究如何將冷噴涂技術(shù)應(yīng)用到主結(jié)構(gòu)件的修理中。一旦冷噴涂技術(shù)用于主結(jié)構(gòu)件修理，它可能會在業(yè)內(nèi)變得更為普及，尤其適用于那些服役時間較長的老齡飛機。

冷噴涂修理

結(jié)束語

雖然起步早，冷噴涂技術(shù)在航空維修領(lǐng)域，特別是民用航空維修領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于初步發(fā)展階段，在飛機發(fā)動機主結(jié)構(gòu)件的修理的應(yīng)用仍有待開發(fā)。

我國一些高校和研究機構(gòu)正在對冷噴涂開展基礎(chǔ)研究，如中科院金屬研究所、北京航空材料研究院、西安交通大學、大連理工大學、北京理工大學等多家研究機構(gòu)和高校在涂層修復、尺寸修復等方面進行了探索，已取得了一定成果。例如，北京航空材料研究院將冷噴涂用于修復發(fā)動機中央傳動機匣涂層，涂層性能遠遠超過普通火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。但與國外相比，我國對冷噴涂技術(shù)的理論研究和技術(shù)手段仍有差距，需建立起系統(tǒng)的指導體系，以便更深入地開展產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究和推廣。