CN118407020A - 一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其步骤包括：将起落架内表面打磨、抛光至粗糙度到预设标准后除油清洗；将起落架放置在真空设备内，起落架接电源负极，真空室接电源正极，抽真空至5.0×10‑3Pa以下；通入氩气对起落架内表面进行氩等离子清洗；氩等离子清洗完成后，逐步通入氮气和氢气的混合气体或者氨气对起落架内表面氮化处理；逐步通入含碳气源，调节偏压和各气体气流量进行碳氮共渗处理以及非晶碳膜沉积；逐步减小直至关闭含氮气源流量，维持内孔空心阴极放电进行碳膜沉积，镀膜完成后出炉，其可以一步实现内表面镀膜，用渗入和沉积相结合的方法，大幅度提高膜层的结合力，沉积温度低，不会影响起落架强度。
Description
技术领域
本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法。
背景技术
飞机起落架是飞机核心部件，直接关系到飞机服役的安全性。飞机起落架外筒内表面在服役过程中需要承受严酷的摩擦环境，所以其表面需要进行耐磨处理。飞机起落架的材料主要为高强钢，部分小型无人机的起落架材料铝合金。目前，高强钢表面主要进行电镀硬铬处理，铝合金采用硬质阳极化处理。电镀硬铬和硬质阳极化会带来渗漏和喘气的风险，对飞机正常服役带来不利影响。电镀硬铬以六价铬为原料，六价铬是一种强致癌物质，在电镀铬过程中会产生铬雾，会严重损害操作者的身体，且其废水处理较为困难，对水体可能产生较大的污染。
目前，行业内针对起落架外筒内表面的耐磨防护涂层也进行了大量的研究和应用尝试，其中便包括超音速火焰喷涂碳化钨、物理气相沉积硬质涂层、化学气相沉积硬质涂层等。超音速火焰喷涂碳化钨受设备限制难以实现内孔喷涂，喷涂后还需要进行磨削、抛光等二次加工，加工难度大，且加工过程中的高温对起落架的抗拉强度和疲劳强度会产生影响。物理气相沉积技术是一种绿色环保的表面处理技术，可以沉积高性能的耐磨硬质膜层，但是受限于该技术的原理，物理气相沉积难以在内孔或者复杂起落架表面均匀沉积膜层。化学气相沉积也可以得到高性能硬质薄膜，但是沉积温度过高，且膜层结合力较差。所以，目前行业内对于下一代的飞机起落架用耐磨自润滑涂层仍然在研究中。
本发明采用空心阴极放电产生等离子体辅助进行化学气相沉积，一方面通过原位渗氮
工艺增加膜层结合力，另一方面，通过等离子体辅助化学气相沉积降低沉积温度，避免对起落架产生热影响。
发明内容
为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其可以一步实现内表面镀膜，用渗入和沉积相结合的方法，大幅度提高了膜层的结合力，沉积温度低，与大多数金属的回火温度相同，不会影响起落架强度。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法。其步骤包括：
1）将起落架内表面打磨、抛光至粗糙度达到预设标准；
2）将起落架进行除油清洗至水膜连续状态；
3）将起落架放置在真空设备内，起落架接电源负极，真空室接电源正极，抽真空至5.0×10-3Pa以下；
4）通入氩气，控制真空室内压力1 Pa-30 Pa，打开加热开关使炉内温度升温到设定温度后打开电源开关，调节电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度，使起落架内孔进行空心阴极放电产生氩等离子体对起落架内表面进行氩等离子清洗；
5）氩等离子清洗完成后，逐步通入氮气和氢气的混合气体或者氨气，调节气压、电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度和温度进行起落架内表面氮化处理；
6）逐步通入含碳气源，进行氮碳化处理；
7）逐步减小直至关闭含氮气源流量，维持内孔空心阴极放电进行碳膜沉积；
8）关闭电源，关闭气体阀门，打开真空室放气阀门，待炉温降低后出炉。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤1）中粗糙度需要达到Ra0.2μm以下。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤2）中除油清洗包括初步清洗和漂洗，初步清洗采用洗涤剂辅以超声波清洗，初步清洗完成后在纯水中进行漂洗，漂洗时间不少于1min，若无法达到清洗标准则重复初步清洗以及漂洗步骤直至达标。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：在步骤2）清洗完成后，选择性对起落架非镀膜区进行遮蔽。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤4）中，设定温度为200℃~300℃；电源偏压为-1000V~-4000V；脉冲频率300Hz~1500Hz；脉冲宽度5μs~30μs。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤4）中，氩等离子清洗时间不小于10 min。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤5）中，脉冲频率300Hz~1500Hz，电源偏压为-2000V~ -4000V，脉冲宽度5μs~30μs，温度为200℃~500℃。
根据本发明所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其进一步的优选技术方案是：步骤6）中，含碳气源为其中含碳气源为以下任一种或任意几种的混合气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、四甲基硅烷、六甲基二硅氧烷、四氟化碳。
相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：
1、与起落架电镀铬相比，真空气相沉积碳基薄膜结构致密，耐蚀性和气密性良好，可以有效防止起落架服役过程中的喘气和漏液的问题。本方法制备的膜层表面光滑，无需进一步加工，可有效减小后加工带来的质量风险，降低镀膜温度，200℃左右可以实现镀膜，保证起落架强度。本方法不产生有毒有害物质，与电镀铬相比是一种绿色环保的表面处理方法。
2、与现有物理气相沉积碳膜技术相比，物理气相沉积技术难以实现内表面镀膜，本方法可以一步实现内表面镀膜。
3、本方法用渗入和沉积相结合的方法，与一般化学气相沉积相比本方法大幅度提高了膜层的结合力，且本方法沉积温度低于大多数金属的回火温度，不会影响起落架强度。
4、结合了内壁氮化技术与空心阴极放电沉积碳基薄膜，提高基体硬度又降低表面摩擦系数，通过氮化、氮碳化处理以及原位碳基薄膜沉积，实现了层层渐变过渡，提高膜层结合力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
实施例1：
一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法。其步骤包括：
1）将起落架内表面打磨、抛光至粗糙度达到Ra0.2μm以下；
2）将起落架进行除油清洗至水膜连续状态，除油清洗包括初步清洗和漂洗，初步清洗采用洗涤剂辅以超声波清洗，初步清洗完成后在纯水中进行漂洗，漂洗时间3min，若无法达到清洗标准则重复初步清洗以及漂洗步骤直至达标，清洗完成后，选择性对起落架非镀膜区进行遮蔽；
3）将起落架放置在真空设备内，起落架接电源负极，真空室接电源正极，抽真空至5.0×10-3Pa以下；
4）通入氩气，控制真空室内压力1Pa-30Pa，打开加热开关使炉内温度升温到设定温度后打开电源开关，调节电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度，使起落架内孔进行空心阴极放电产生氩等离子体对起落架内表面进行氩等离子清洗，设定温度为200℃~300℃；电源偏压为-1000V~-4000V；脉冲频率300Hz~1500Hz；脉冲宽度5μs~30μs，氩等离子清洗时间不小于10 min；当然，该参数只是一个合理的参数范围，可以根据使用的需求进行调节。
5）氩等离子清洗完成后，逐步通入氮气和氢气的混合气体或者氨气，调节气压、电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度和温度进行起落架内表面氮化处理，该步骤中，脉冲直流电源频率300Hz~1500Hz，电压值为2000V~4000V，脉冲宽度20μs，温度为200℃~500℃，电源的调节可以根据实际的情况选用，一般来说，温度越高效果越好，但是同时也会对一些金属基体比如铝合金、合金钢的强度造成影响，而航空起落架的要求是铝合金不超过200℃，合金钢不超过300℃，钛合金不超过500℃，本工艺的优势是可以降低温度，200℃左右可以实现镀膜，保证起落架强度；
6）逐步通入含碳气源，进行氮碳化处理，含碳气源为其中含碳气源为以下任一种或任意几种的混合气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、四甲基硅烷、六甲基二硅氧烷、四氟化碳，当然这只是现有的一些含碳气体的列举，现有的气体或者其他可能的合成气体也可能能适用于本发明；
7）逐步减小直至关闭含氮气源流量，维持内孔空心阴极放电进行碳膜沉积，使得内孔能够继续碳膜沉积使得碳膜厚度增加，避免存在未镀膜区域或者厚度较薄；
8）关闭电源，关闭气体阀门，打开真空室放气阀门，待炉温降低后出炉。
实施例2：
本实例中以铝合金起落架外筒为例，进行起落架外筒内表面耐磨自润滑涂层的制备。
（1）使用专用打磨工具将铝合金起落架内孔打磨抛光，采用手持式粗糙度仪检测内孔粗糙度，直至粗糙度降至Ra0.1μm以下。
（2）将起落架浸泡在铝合金清洗液中超声波清洗20min进行除油处理，然后在纯水中漂洗3min，观察起落架表面水膜状态，如果无法达到水膜连续则再次返回铝合金清洗液中清洗。
（3）用专用工装对非镀膜区进行遮蔽，将起落架置于真空镀膜机中，起落架连接电源负极（连接方式能实现内孔进行空心阴极放电即可），真空室连接电源正极。
（4）通入氩气，流量为200sccm，调节真空阀门，控制真空室内压力10Pa，打开加热开关，设定加热温度为200℃。温度到设定温度后，打开电源开关，设置电源偏压-1000V，脉冲频率500Hz，脉冲宽度20 μs，使起落架内孔进行空心阴极放电产生氩等离子体对起落架内表面进行氩等离子清洗，时间15min。
（5）打开氮气和氢气阀门，通入氮气和氢气，设置氮气流量为90sccm，氢气流量为30sccm，降低氩气流量至100sccm，调节真空阀门，控制真空室内压力10Pa，调节偏压至-2500V，持续2h。
（6）打开四甲基硅烷阀门，控制四甲基硅烷流量在10min之内缓慢升高至16sccm，同时缓慢降低氮气和氢气流量直至关闭，缓慢升高氩气流量至160sccm。调节真空室内气压至10Pa，调节偏压至-1000V，持续10min。
（7）打开乙炔阀门，设置乙炔流量60sccm，降低氩气流量至100sccm，调节真空室内气压至10Pa，持续30分钟。
（8）关闭电源，关闭气体阀门，打开真空室放气阀门，待炉温降低至100℃以下后出炉。
实施例3：
本实施例中以铝钛合金起落架外筒为例，进行起落架外筒内表面耐磨自润滑涂层的制备。
（1）使用专用打磨工具将铝合金起落架内孔打磨抛光，采用手持式粗糙度仪检测内孔粗糙度，直至粗糙度降至Ra0.1μm以下。
（2）将起落架浸泡在除油清洗剂中超声波清洗20min，然后在纯水中漂洗1~3min，观察起落架表面水膜状态，如果无法达到水膜连续则再次返回除油清洗剂中继续清洗。
（3）用专用工装对非镀膜区进行遮蔽，将起落架置于真空镀膜机中，起落架连接电源负极，真空室连接电源正极。
（4）通入氩气，流量为200sccm，调节真空阀门，控制真空室内压力8 Pa，打开加热开关，设定加热温度为300℃。温度到设定温度后，打开电源开关，设置偏压-1000V，脉冲频率500Hz，脉冲宽度20μs，使起落架内孔进行空心阴极放电产生氩等离子体对起落架内表面进行氩等离子清洗，时间15min。
（5）打开氮气和氢气阀门，通入氮气和氢气，设置氮气流量为100sccm，氢气流量为50sccm，降低氩气流量至80sccm，调节真空阀门，控制真空室内压力8 Pa，调节偏压至-3000V，持续2h。
（6）打开乙炔阀门，控制乙炔流量在10min之内缓慢升高至80sccm，同时缓慢降低氮气和氢气流量直至关闭，缓慢升高氩气流量至160sccm。调节真空室内气压至10Pa，调节偏压至-1000V，持续10min。
（7）打开四甲基硅烷阀门，控制四甲基硅烷流量为8sccm，维持乙炔流量80sccm，氩气流量至160sccm，持续7min。
（8）关闭四甲基硅烷阀门，维持乙炔流量80sccm，氩气流量至160sccm，持续10min。
（9）关闭电源，关闭气体阀门，打开真空室放气阀门，待炉温降低至100℃以下后出炉。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
1）将起落架内表面打磨、抛光至粗糙度达到预设标准；
2）将起落架进行除油清洗至水膜连续状态；
3）将起落架放置在真空设备内，接电源负极，真空室接电源正极，抽真空至5.0×10-3Pa以下；
4）通入氩气，控制真空室内压力1 Pa-30 Pa，打开加热开关使炉内温度升温到设定温度后打开电源开关，调节电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度，使起落架内孔进行空心阴极放电产生氩等离子体对起落架内表面进行氩等离子清洗；
5）氩等离子清洗完成后，逐步通入氮气和氢气的混合气体或者氨气，调节气压、电源偏压、脉冲频率、脉冲宽度和温度进行起落架内表面氮化处理；
6）逐步通入含碳气源，进行氮碳化处理；
7）逐步减小直至关闭含氮气源流量，维持内孔空心阴极放电进行碳膜沉积；
8）关闭电源，关闭气体阀门，打开真空室放气阀门，待炉温降低后出炉。
2.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）中粗糙度需要达到Ra0.2μm以下。
3.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中除油清洗包括初步清洗和漂洗，初步清洗采用洗涤剂辅以超声波清洗，初步清洗完成后在纯水中进行漂洗，漂洗时间不少于1min，若无法达到清洗标准则重复初步清洗以及漂洗步骤直至达标。
4.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，在步骤2）清洗完成后，选择性对起落架非镀膜区进行遮蔽。
5.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤4）中，设定温度为200℃~300℃；电源偏压为-1000V~-4000V；脉冲频率300Hz~1500Hz；脉冲宽度5μs~30μs。
6.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤4）中，氩等离子清洗时间持续10min-30min。
7.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤5）中，脉冲直流电源频率300Hz~1500Hz，电压值为2000V~4000V，脉冲宽度5~30μs，温度为200℃~500℃。
8.根据权利要求1所述的一种飞机起落架内孔耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，步骤6）中，含碳气源为其中含碳气源为以下任一种或任意几种的混合气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、四甲基硅烷、六甲基二硅氧烷、四氟化碳。
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