热障涂层的有孔薄膜 热障涂层(TBCs)是涂覆在表面防止高温的低导热性材料层,它可保护涡轮发动机部件免受高温损坏.在涡轮发动机中,增加了工作温度就增加了燃料效率,减少了散热.发动机关键部件通常在额定熔化温度以上运转,这些零件由于热疲劳或氧化作用而损坏成为主要问题,除非采用降低表面温度的方法.TBCs的作用是:用低导热性材料薄膜喷涂敏感部件,有效地与高温隔离. 新的热障涂层方法是对热障涂层的部件沉积薄膜.采用控制底材运动,以另一种形式真空沉积有孔层和表层,形成新的多层薄膜结构.用3Ω和Mirage技术直接测试这些多层薄膜结构的热性能.用3Ω技术,由于AC电流流经电子蒸发电阻,且频率为ω,因此把热量传送到涂层上.电阻电压成为频率的函数,产生导热性.在Mirage技术中,采用脉冲激光在薄膜上很快产生振荡温度.通过这些温度变量,使平行于表面的第2个测试激光偏转,然后使振幅和相移的数据相拟合,去解三维扩散方程,以求出导热扩散率.一般分别在正交和平行于基材的方向用3Ω和Mirage技术测量热常数.用这些方法测量可评估热扩散率的减少,少到正常范围完全沉积的薄膜热扩散率的90%.相同结构的热模拟也预测了总导热性的明显降低.在特殊情况下比标准常规技术沉积的薄膜导热性增加了18%. 微EDM中超声对表面 粗糙度的影响 采用把微EDM与超声振动结合起来的有效的微加工工艺可提高小型零件的表面粗糙度.应用超声的目的是通过加速排出焊极和工件间小空隙中的碎屑以提高表面质量.实验表明加工工件的表面粗糙度得到了改进. 复合材料机身结构 美国俄亥俄州的空军研究实验室材料和制造管理局及Wright-Patterson空军基地,完成了一项复合材料机架制造项目,前中机身验证件的零件数减少了75%.另外,加工工序生产时间减少75%,工装减少50%,紧固件减少90%.预计每架飞机造价节省高达120万美元. 整体结构由真空树脂转移成形(RTM)制造,不需热压罐固化,也无需加低温胶垫片.局部加热和压力能在适当位置固化接头.低温工装材料简化了装配工序,降低了工装成本. 作为复合材料低成本初始计划,其目的是把先进的复合材料机架结构成本减少到目前的1/10.复合材料前中机身是隔框和龙骨结构的组合,表明粘合剂比紧固件更有效.这种结构只需要1874个零件及12180个紧固件. 硬质合金切割刀具的新型 高性能PVD涂层 在金属切割刀具中出现了以Ti-Al-N-C-B为基础的先进PVD涂层.单层PVD TiN,TiAlN,TiB2和各种TiAlN多层涂层沉积于WC-6% Co硬质合金垫片.涂层可采用阴极电弧工艺,或是采用高电离磁控溅射工艺进行喷涂.冷却液有无对铣削球墨灰口铸铁及车削Inconel 718和过共晶Al-Si合金涂层刀具也有影响.TiAlN多层涂层刀具在干铣时显示出最好性能;TiAlN单层涂层刀具在湿铣时性能较好.观测结果与预计中的涂层内残余应力、加工时的应力和涂层与基材结合强度的类型相一致.在车削Inconel 718中, 特别是在高速加工时,TiAlN多层涂层性能优于TiAlN单层涂层和TiN/TiCN/TiAlN多层涂层.车削铝合金时,PVD TiB2性能比PVD TiAlN和PVD TiN优越,这和它们相应的硬度有关. 高穿透性、低成本的 双面电弧焊 一种称作双面电弧焊(DSAW)的焊接工艺大大地提高了电弧穿透性.这项工作由肯塔州的肯塔基大学机器人与制造系统中心(CRMS)的学者完成. 激光和电子束焊接都能提供较好的穿透性,但成本比电弧焊高得多.电弧焊通过能在气体环境中产生电弧的电流工作,电弧热(温度达30?000?K)将金属加热到熔点.改进电弧焊的关键问题是如何增强电弧集中度及电弧能量密度. 把电源与工件分隔开,另外在第一支焊枪的对面增加第二支焊枪,迫使电源通过工件,使电弧能量高度集中,因此穿透率显著提高. 普通的电弧焊在单焊道中不能穿透较厚的工件,往往需要多个焊道和额外加工的焊接接头接口.DSAW较好的穿透性提供较快的焊接速度,而不降低焊接质量,因此提高了生产率,降低了成本. 超声锁定热敏成像法 近年来一直采用光热辐射计及其多路型锁定热敏成像法遥控无损检测.它们是以热波的延伸和反射为基础,通过吸收调制辐射使热波从表面向检测部件传导的.由于初始热波的重叠及反射而获得的相位角度图像显示出隐藏在表面下某一深度的结构. 传导到部件的弹性波纹在样件中扩展,直到转变为热能.缺陷引起局部损失增加,从而导致有选择性加热.因此,进入的弹性波纹的调幅把缺陷转换成热波传递,在表面通过锁定热敏成像法与调幅频率同步检测出信号.用锁定热敏成像法(ULT)可进行选择性缺陷检测,增加了存在于复杂无损伤结构件中缺陷检测的可能性. 低温、高速喷涂形 成新型涂层 美国加州圣巴巴拉Inovati公司研制出动能金属化(KEM)工艺,它是把低温金属纳米颗粒高速地喷涂到金属基材上.此工艺中金属微粒,例如铝、钛或铜,与氦或氮在粉末流体化装置中混和,之后高速喷涂到金属基材上.当碰击基材时,颗粒充分变形,增加表面面积约4倍,使活性金属与基材金相连接.严格的平衡压力、速度和温度使颗粒避免加热到被熔化、氧化或发生其他反应的程度. 因为微粒保持固态,它们能形成金属混合物,可能不像液体那样可混溶.高温时,微粒在凝固过程中长大,因此原来小截面的优点也可忽略不计.当纳米颗粒保持有利的机械特性时,KEM能使之凝固.KEM是一种直接喷涂工艺,因此涂层只喷涂到需要的地方. 超高温陶瓷材料提高 飞机的耐热保护性能 美国NASA正进行飞行试验,预计能够在未来飞机的设计方面有重要的技术革新.飞行试验中将测试高温陶瓷材料保护宇航飞机的能力. 超高温陶瓷材料使未来宇航飞机具有锋利的进气边,而不是目前飞机设计中常用的钝头形式叶片.有钝头形式进气边的飞机当飞行速度比声速快时,在飞机的前面产生压缩空气区.在这个范围内吸收了大量的热,同时宇航飞机的热量重返地球的大气中,使飞机避免过热.但是钝头形式进气边的飞机效率不高,在飞行时机件会有严重的打滑或摩擦,因此需要昂贵的大型推进系统. NASA的陶瓷材料也可明显降低助推器的成本.改型的MK 12A重返飞行器基本上是一个空气动力机头整流罩--带有4个锋利的进气边. 航空航天合金提高生产率 Pennsylvania公司研制了广泛用于航空航天和许多其他工业领域的高级15Cr-5Ni不锈钢. Carpenter技术公司研制出了比过去更容易加工的Project 7000 15 Cr-5Ni不锈钢,为减少飞机结构件的零件加工周期和成本提供了机会,这些零件包括杆端轴承、起落架构件和发动机零件,例如托架. Project 7000是真空熔化和化学配平的,以便在溶液退火以及时效硬化状态下具有最佳可加工性.Carpenter公司认为,金属加工厂根据材料的热处理状况,采用Project 7000不锈钢,可增加零件产量145%.当它自己在Reading的R & D螺钉加工设备上加工合金时,可加工性提高了3.5～10倍. 除了更方便加工外,Project 7000合金可进行冷加工或约1?111?K温度锻造,并在该温度下保持1?h. (盛蔼伦供稿) 喷丸技术在活塞6A 发动机上的应用 喷丸强化工艺利用高速运动的弹丸流冲击金属表面,产生塑性应变层,由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场,表层的显微组织和残余压应力场是提高金属零件的疲劳断裂和应力腐蚀断裂抗力的两个强化因素,其结果使零件的可靠性和耐久性提高.在对活塞6A发动机进行提高功率定型长期试车时,分解检查时发现中机匣气缸安装面、滑油池安装面有裂纹.为排除中机匣裂纹故障,气缸安装面除在结构上增加卸荷槽外,还增加喷丸强化,滑油池安装面也增加喷丸强化.经过喷丸强化的中机匣经600?h长试考验效果良好.后又经数千台发动机使用证明效果良好,中机匣裂纹故障被排除. 对游星齿轮、增压器传动齿轮等齿型面进行喷丸,还可排除齿面剥落故障.喷丸提高了轮齿的接触疲劳强度,故可提高其承载能力.因为喷丸去掉残余拉应力代以压应力,疲劳破坏从不在受压应力的部位开始,金属疲劳之前,外加的拉伸负荷必须克服残余的压应力,喷丸的残余压应力可以抵消工作负荷的作用.此外喷丸产生的压应力层还能阻止表层内的裂纹扩展,减少齿面剥落和点蚀. 活塞6A发动机原先采用的工艺是对副连杆、桨轴(游星齿轮架部分)外表面进行抛光,对摇臂外表面按样品打磨.抛光和打磨是为了提高零件的表面粗糙度,来间接提高表面的抗疲劳性.由于喷丸加工表面呈压应力状态,无方向性,对改善零件的疲劳性极为有利,因此喷丸比抛光更经济、可靠,提高疲劳强度的幅度更大. 活塞6A发动机通过采用喷丸技术在排除中机匣裂纹故障,提高齿轮、连杆等零件疲劳强度,减轻工人劳动强度等方面取得了显著成效,从而提高了发动机的可靠性,延长了使用寿命.
厦门金旅公司自第一台大型客车整车阴极电泳下线至今，已生产了1000多台涂装电泳底漆的大型客车投放市场。很多用户都对这项大客车新技术、新工艺所带来的超强防腐效果表现出浓厚的兴趣，市场上得到的反馈也越来越多，很多人都希望进一步深入了解这项技术。
其实，整车阴极电泳技术在国内的轿车和轻型车行业已经使用多年，出色的防腐性能让其几乎成为了轿车和轻型车涂装生产的标准配置。但是，在商用车行业，特别是大中型客车领域，这项技术一直没有推广。
目前，国内各客车企业生产大型客车的防腐通用工艺，是对客车底盘车架采用下料组焊成车架，再经酸洗、水洗、脱脂、磷化前处理后，喷涂汽车底盘防锈漆。而对车身一般则采用两种工艺方式：一种是直接购买已涂好漆的钢管，然后下料组焊成车身，并与底盘拼焊成整车，经手工除油喷涂底漆、中涂和面漆，再装配；另一种是生产厂自己购买钢管原材料，然后下料组焊成车身，经喷淋或浸渍式前处理完成脱脂、磷化，再喷涂底漆、中涂和面漆，最后，扣装底盘装配成客车。
据专家介绍，不少客车企业虽然采用了车身脱脂磷化前处理新工艺，对客车的防腐起到了一定的作用，但这些工艺方式并没有从根本上解决大客车远远落后于轿车、轻型车防腐能力的现状。其主要原因：一是仍普遍采用喷涂铁红环氧底漆或其他种类的底漆，这些底漆耐盐雾、耐湿热的性能很低，耐盐雾试验一般不超过3~7天（带磷化，若无磷化时间更短）。二是仍采用空气喷涂的施工方法，该方法由于喷涂的局限性和盲区，造成大客车的边缘、棱角等部位漆膜很薄，而车体内腔、夹缝等部位根本喷不到漆。由此这些薄弱部位很快出现锈蚀，并蔓延扩展，最终导致整车出现穿孔锈蚀或结构锈蚀。
而金旅新采用的整车阴极电泳技术工艺，先将原料焊成车身并与车架连接，后对整车进行脱脂、磷化，并采用阴极电泳上底漆，最后经喷涂中涂和面漆，再装配。
实际上，与喷涂的底漆工艺相比，采用电泳技术涂装的底漆是由金属材料通过电化学反应而在表面形成的漆膜，它相比普通喷涂更致密、附着力更强，并且具有超强的耐盐雾、耐湿热性能，使其防腐能力远远高于所有其他类型底漆。而整车电泳的全浸式施工方法使车体内腔、夹缝等不易喷漆的部位都能电泳到漆，其耐盐雾试验超过1000小时。整车可保证十年不出现锈蚀穿孔，涂装质量与中档轿车相当，大幅度延长了整车的使用寿命。
既然整车电泳技术工艺有上述的优势，轿车和轻型车行业又使用多年，为什么在客车行业，电泳技术的名词会如此陌生。
其实，这是一个不难回答的问题。由于客车体积庞大、结构复杂，再加上小批量、多品种的特点，都使其实现整车电泳的技术难度比轿车困难的多。比如电泳槽的体积。比如电泳漆用量等等，产品制造周期成本要远远高于轿车。所以，即使在世界客车制造技术的前沿——欧洲，也只是一些国际著名的客车企业使用客车整车电泳技术工艺。
在国内，除了金旅的整车电泳外，也有一些企业也进行了这方面涂装工艺的尝试。但相比金旅包括全部车身骨架、蒙皮和底盘车架的整车电泳，这些企业更多的是对整车中的车架部分进行电泳处理，而对车身骨架，蒙皮、行李舱等仍采用传统工艺喷涂防锈底漆。如此的区别在于，可以减小电泳槽的体积，节约建设成本，技术工艺也相对简单。但效果是：虽然车架部分的防腐能力得到了提高，但车身的防腐能力并没有得到提高。而车身在整车中相对于底盘车架更容易出现早期腐蚀现象，尤其是骨架和焊缝锈蚀。因此仅仅对车架电泳，还不能解决车身在实际营运中出现早期锈蚀的问题。
客车整车电泳，不仅规模巨大，而且技术要求也非常高。相比一般的部分电泳，整车电泳时车身各部位的金属种类各异，且薄厚不均，这为电泳带来了相当大的技术难度，要求企业具有非常丰富的经验才能保证产品的质量。据记者了解，金旅的电泳槽最大可以容纳12米的客车整体浸没，前后九道不同的工艺槽，所需的相应溶液就价值不菲。特别是电泳漆的那一槽，单槽漆液的价值就超过700万人民币。所以容不得一点差错。
如此高的成本和技术难度，金旅人为什么要上整车电泳生产线？早在上个世纪90年代，金旅就开始在轻型车生产中使用整车电泳技术。10余年的实践积累，使得金旅在客车涂装工艺方面形成了独特的人才和经验优势，为现在将这项技术移植到大中型客车生产打下了坚实的基础。
目前，随着关键总成技术的不断提升，发动机变速器等核心零部件的寿命大大延长，关键件寿命已经不再是制约客车寿命的瓶颈，车身防腐性能的薄弱日益显现。而且，对于客车企业而言，这些关键零部件的设计、生产并不掌握在自己手中，各企业的产品同质化问题也日益突出。很多企业只能靠在外观设计和配置选择上的花样百出来吸引用户，但真正在产品内在品质上取得重大突破的却并不多见。
而金旅的整车电泳不仅将客车的整体防腐水平提升到了一个新的层次，更从根本上将国内客车制造的最高水平提升了一个层次。让广大用户能够买到防腐性能更优异的客车的同时，金旅还提高了中国高品质客车在世界客车业的形象，更闯出了这个高度同质化市场的乱局，走进了差异化竞争的蓝海。
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