На смену хрому: "ОАК" внедряет инновационные покрытия для ремонта

Распространение нанотехнологий позволило не только создавать новые материалы с новыми свойствами, но и менять подходы к ремонту самолетов. 25 Июль 2017, 15:59
Распространение нанотехнологий позволило не только создавать новые материалы с новыми свойствами, но и менять подходы к ремонту самолетов. Разработанные специалистами московской компании «Технологические системы защитных покрытий» технологии позволяют не только в несколько раз увеличивать ресурс ответственных узлов и деталей агрегатов, но и отказаться в большинстве случаев от процессов гальванического хромирования — трудоемкого, экологически вредного производства.
Газотермический процесс нанесения покрытий
В течение десятилетий хромирование являлось одним из наиболее популярных методов сохранения свойств металлов при выпуске и ремонте деталей воздушных судов. У гальванических покрытий из хрома множество положительных свойств, однако их недостаточно, когда требуется обеспечить длительную защиту от коррозии, особенно при эксплуатации техники в тропических и субтропических климатических условиях.

Сегодня предприятия и партнеры ОАК применяют и внедряют новые технологии газотермических покрытий на основе карбида вольфрама, хрома и др. На смену традиционному хромированию (шестивалентный хром является канцерогеном 1-го класса опасности) приходит метод высокоскоростного газопламенного нанесения порошковых покрытий на основе твердых сплавов.
Сотрудник ТСЗП готовит к работе робот с горелкой в камере для высокоскоростного газопламенного нанесения порошковых покрытий
Компания «Гидромаш» первой в России опробовала и подтвердила натурными испытаниями эту новую технологию нанесения покрытия. Оно использовалось при изготовлении стоек шасси самолетов МС‑21 и Т‑50.

Как правило, стойки шасси изготавливают из особо прочного материала — легированных сталей или перспективных титановых сплавов. Благодаря нанесению современных покрытий у конструкторов этих изделий появилась возможность использовать более легкие материалы.

Однако при процессе гальванического хромирования прочностные свойства основного материала ухудшаются примерно на 30% — из-за наводороживания поверхности основы. При газотермических процессах нанесения покрытий наводороживание исключено, соответственно, прочностные характеристики конструкции остаются прежними. По сравнению с толщиной покрытий 80–120 мкм при гальваническом хромировании толщины газотермических покрытий могут достигать 2,5 мм, что позволяет выполнять ремонт широкой номенклатуры деталей.

«Благодаря применению высокоскоростного газопламенного напыления ресурс детали может быть продлен до 6 000 приземлений», — утверждает заместитель генерального директора компании «Технологические системы защитных покрытий» (ТСЗП) Борис Рябенко.

В камере для напыления робот с горелкой наносит тонкое, практически невидимое глазу покрытие. Борис Рябенко обращает внимание на сверхзвуковой поток. Мы видим особые ромбы — скачки уплотнения. Внешне это напоминает работу жидкостного ракетного двигателя. Частицы порошка, разогнанные сверхзвуковым потоком, затем создадут покрытие толщиной до 2,5 мм.

Для удобства эксплуатации (технологии уже передаются на ряд авиаремонтных заводов ОАК) горелку адаптировали к работе с авиационным керосином ТС‑1.

Экологичный ремонт

Наибольшее распространение высокоскоростное газопламенное напыление получило при восстановлении особо ответственных агрегатов современных самолетов.

Заместитель генерального директора ТСЗП по технологиям Сергей Балдаев демонстрирует новую технологию на опытно-производственной площадке предприятия в подмосковной Щербинке. Одним из технологических процессов является восстановление рельсов механизации крыла и горизонтального хвостового оперения военно-транспортного самолета Ил‑76 методами газотермического нанесения покрытий. Рельс — один из самых нагруженных агрегатов самолета. В процессе эксплуатации происходит износ поверхности — во время выпуска закрылков рельс соприкасается с роликами. Узел подвержен вибрации, воздействию отрицательных температур. По истечении срока эксплуатации — от 10 до 20 лет — его либо заменяют, либо проводят операцию восстановления. Процесс восстановления заключается в нанесении на изношенную роликом поверхность специального покрытия. За десять и более лет ролики закрылка «съедают» до 2 мм металла рельса.

«Рельс — очень трудоемкий в изготовлении и дорогостоящий агрегат. Раньше по истечении срока эксплуатации он просто утилизировался. Сегодня наши технологии позволяют полностью восстановить работоспособность на десять и даже более лет», — комментирует заместитель генерального директора ТСЗП по технологиям Сергей Балдаев.

Балдаев показывает процесс восстановления рельса механизации крыла. Комплекс напыления и всю технологию полностью создавали сотрудники ТСЗП. «При напылении используются высококачественные порошки российского производства», — комментирует научный сотрудник ТСЗП Мария Федорова.
Весь процесс длится два-три часа — в десять раз быстрее, чем обычно требуется для нанесения хромирования. Твердость покрытия порядка 1 200 кг/мм2, за счет чего износостойкость ремонтных покрытий превосходит хром не менее чем в три раза.

Корка для композита

«Если показывать на пальцах, то процесс покрытия схож с образованием скорлупы», — иронизируют в ТСЗП. Скорлупа, толщина которой составляет от нескольких десятков микрон до 2 мм, может иногда кардинально менять свойства некоторых материалов.

Сегодня в конструкции самолета наиболее активно используются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Например, планер современного лайнера может состоять из них по массе на 50%. Однако необходимо учесть ряд особенностей этого класса материалов. Крайне низкая жаростойкость полимерных связующих и общая уязвимость таких материалов при нагреве или воздействии открытого пламени, слабая стойкость к эрозионному воздействию. Наиболее эффективным решением в этой ситуации является нанесение защитных покрытий непосредственно на поверхность ПКМ. В зависимости от характера воздействия в ТСЗП разработаны различные технологии нанесения металлических, керамических и композиционных покрытий на детали из ПКМ.

Сегодня в ТСЗП входит пять предприятий в разных регионах страны. На долю авиастроительной промышленности приходится не более 30% объемов работ компании.

Остальное — судостроение, предприятия нефтегазовой отрасли и др. Сегодня по некоторым разработкам, например детонационному методу (когда адгезия покрытия обеспечивает значение давления отрыва в более чем 100 МПа), Россия является общепризнанным лидером. А некоторые методы покрытий стали настолько доступными, что используются уже не только у нефтяников и газовиков, но даже при производстве городского транспорта. «В ТСЗП даже обрабатывают некоторые детали из чугуна и железа для вагонов метро или автомобилей», — комментирует научный сотрудник ТСЗП Борис Хамицев.