IP防腐涂層在壓氣機葉片上的應用研究

■ 吳建軍 肖雪萍 韓國忠/襄陽航泰動力機器廠 成都航利（集團）實業有限公司

0 引言

壓氣機葉片是航空發動機的重要零件，具有型面復雜、加工精度要求高等特點，葉片故障的主要類別有外來打傷、表面腐蝕、應力腐蝕、熱疲勞和振動疲勞損傷等，其中，葉片故障占發動機總故障的20%左右，而表面腐蝕故障占有相當高的比例。防腐涂層是有效的防腐措施，在易受腐蝕的零件表面噴涂防腐涂層可以有效地保護零件。根據葉片的材料及腐蝕物質有針對性地選擇防腐涂層，可以最大限度地發揮防腐性能，避免腐蝕故障的發生。

本項目針對發動機工作環境的特殊要求研究涂層性能特點，引進IP涂料進行工藝應用開發，以保護葉片免受含鹽氣氛的腐蝕。對涂層的厚度均勻性、耐鹽霧性能、表面光潔度等各項指標的實現進行攻關。通過對IP涂層的施工環境、葉片吹砂、測量等一系列技術手段的實施，應用Nadcap過程控制理念充分提升涂層開發的有效性，滿足新型發動機的修理需要，為部隊作戰保駕護航。

1 主要研究內容

1.1 涂料性能分析

IP涂料包括底涂IP9183和面涂IP9444，為英國進口涂料。

IP9183是無機鹽高耐溫犧牲性鋁涂層，屬于水性涂料，用于一些要求較高的環境，如航空發動機及其組件、發電設備和海洋環境等，常用于渦輪葉片、轉子、軸和起落架的防護，以保護組件免受含鹽氣氛、高溫氧化等影響。IP9183可在700℃的高溫下為鐵、鋼、熱處理不銹鋼合金、鈦等金屬基體提供防腐蝕和氧化保護。IP9183的工作溫度為-40℃～700℃，耐鹽霧腐蝕性按照ASTM B117在40～50μm厚度下最少1000h，表面具有導電性。供應黏度在（23±2）℃下用ISO3黏度杯測為（45±5）s，烘干后為灰色。

IP9444是一種無機保護涂層，屬于水性涂料，可使葉片表面變光滑，有利于提高能源效率，延長底面涂層的使用壽命。IP9444的工作溫度為-40℃～800℃。供應黏度為（23±2）℃下用ISO3黏度杯測為32～36s，固化后表面為亮黃色，表面光潔度Ra≤1.6μm。

1.2 工藝參數研究

涂料的噴涂工藝由噴涂前的預處理、漆料的施工、漆膜的固化三個步驟組成。噴涂前的預處理是指對待處理工件進行物理或化學處理，以達到清除各類污物、提高基體材料結合力和耐蝕性等作用。

選取材料為15CrMnMoVA/E的試片，采用合適尺寸的噴槍進行噴涂試驗。為了保證噴涂的均勻性，可將裝有涂料的瓶子放進球磨罐滾動球磨一段時間。試片前處理工序包括除油、噴砂。除油參數采用涂料固化最高溫度進行，15CrMnMoVA/E具有高的強度、優良的塑形和韌性，為了達到最佳結合力，用規定目數的剛玉砂進行吹砂，使試片表面剛好失去金屬光澤。

對噴涂的距離、噴槍的移動速度、噴槍運行的路線進行研究，測試參數包括噴涂距離、噴涂壓力、及噴涂角度。底涂IP9183與面涂IP9444的噴幅圖如圖1所示。

圖1 噴幅圖

噴槍的移動速度與漆料的黏度、固體含量、噴槍噴霧圖形、出漆量及要求的厚度有關，應掌握不流淌且能盡量噴滿為佳。行槍的速度要均勻，始終保持噴槍與工件表面成90°（見圖2），以確保漆膜的厚度。

圖2 行槍示意圖

壓氣機葉片屬于薄壁件，在進行葉片邊緣噴涂時都要進行收邊操作。收邊是指在噴涂開始時不扣死扳機，隨著噴槍的移動逐漸加大供漆量，直到噴涂行程即將結束時再松開扳機，使供漆量大大減少，從而獲得一種自然的過渡效果的操作。具體操作方法為：平穩地移動噴槍到接近待噴涂表面時，逐漸扣動扳機進行噴涂，然后突然放開扳機，但仍然保持噴槍的弧線移動。

1.3 漆膜的干燥

漆膜的固化在噴涂中占有重要的影響，直接影響漆膜的質量和性能。影響漆膜干燥的因素主要包括溫度、干燥時間、空氣濕度和空氣流速等。溫度對于需加熱干燥的漆膜的性能影響很大，若達不到所需的干燥溫度，漆膜的力學性能和化學性能會大大降低，并且漆膜外觀也會受到很大影響。若溫度超過漆膜所需的干燥溫度范圍，漆料中的樹脂容易老化，漆膜將變暗甚至變黃。

漆膜的干燥過程一般為濕漆膜流平、溶劑揮發、物理或化學成膜。流平時間過短，溶劑揮發不均勻，漆膜易出現針孔、起泡、縮孔等缺陷。流平時間過長，溶劑揮發慢，對漆膜質量有益，但生產效率低。試驗證明，漆膜中90%以上的溶劑是在5～15min內完成揮發，因此一定要保證漆膜的流平時間。底漆IP9183和面涂IP9184在噴涂薄膜一層后均要進行烘干，達到規定厚度后在規定溫度下保溫一段時間，再升溫至規定溫度保溫一段時間，漆膜發生聚合反應才能固化。

2 噴槍保養對噴涂質量的影響

對于噴涂操作人員來說，噴槍是長期的合作伙伴，平時的愛護保養是必不可少的。噴槍不能在清洗液中浸泡，以免清洗液進入噴槍的空氣通道，大大降低噴槍的使用壽命，如圖3所示。清洗噴槍應使用中性清洗液，PH值應在6～8之間，否則很容易造成噴槍部件的腐蝕損毀。不能使用回收蒸餾的清洗液，因其酸性值會隨著反復蒸餾而提高，造成槍體的腐蝕。一天的噴涂工作完成后，應認真清洗噴槍，尤其是噴嘴和風帽上的每一個小孔，避免油漆殘渣堵塞噴槍。需要強調的是，清洗噴槍時應保持進氣口朝上，避免清洗液進入空氣通道，造成噴槍的損壞（見圖4）。在噴槍拆卸和安裝噴嘴三件套時，應嚴格按照程序操作，否則容易導致噴嘴脹裂等問題的發生（見圖5）。

圖3 噴槍角度示意圖

圖4 電鍍層腐蝕的噴槍

圖5 噴槍拆裝順序

3 環境溫度對噴涂質量的影響

噴涂環境一般指溫度、濕度、風速和空氣清潔度等方面，是影響漆料干燥和成膜時間的主要外部條件，溫濕度環境條件不能滿足噴涂要求的漆膜會出現一系列缺陷。噴涂溫度過高，漆料中溶劑揮發過快，漆料在達到工件表面之前就已干燥，這樣容易產生缺釉、桔皮等外觀缺陷；噴涂溫度過低，溶劑揮發慢，漆料黏度上升慢，易發生流掛和不容易干等問題。噴涂時濕度過大，漆膜容易起泡；濕度過低，漆膜容易產生針孔等外觀缺陷。操作環境應無塵土，通風良好，環境條件中的空氣灰塵包含不同的雜質，落于濕漆膜中，會引發縮孔、顆粒等問題。一般噴漆間的溫度應控制在16℃～32℃之間，相對濕度應控制在30%～80%范圍內（見圖6）。

圖6 噴涂溫濕度

經試驗驗證，在（20±5）℃的溫度下，噴涂IP9183的最佳濕度為20%～60%，噴涂IP9444的最佳濕度為50%～70%。

合格優質漆膜的產生是各個環節綜合作用的結果，經過多次試驗，掌握了最佳噴涂工藝參數，使涂層厚度的均勻性和表面粗糙度都得到了提升，如表1所示。

表1 表面粗糙度對比

4 結論

噴涂工藝是對噴涂過程中的環境、設備、操作等環節均有很高要求的特種工藝，影響漆膜質量的漆膜結合力、漆膜厚度、耐沖擊性及外觀質量等性能決定了發動機零部件的質量與性能。因此，每個環節都要求規范、嚴格。本文從涂料性能、噴涂參數、噴槍保養、噴涂環境等四個方面論述了如何保證漆膜質量，總結了生產中的注意要點，為發動機葉片噴涂質量的提高積累了經驗。