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航空航天工业正在用PVD涂层以取代电镀硬铬

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航空航天工业正在用PVD涂层以取代电镀硬铬
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PVD是一种强壮、无害、且符合欧盟REACH标准的硬铬替代品。

在航空部件中寻找合适的硬铬替代品一直是飞机制造商供应链上的一个关键优先事项。这是因为有记录的工人健康风险,以及接触六价铬对环境的影响。六价铬是一种致癌物质,在镀铬过程中产生,是毒性最大的铬。

物理气相沉积(PVD)涂层具有许多相同的优点,并且在某些方面优于硬铬。

因此,铬是在全球主要市场中都受到严格管制的化学品。在欧盟,六价铬属于欧盟法规REACH(化学品注册,评估,授权和限制)的范畴,该法规为整个供应链中化学品的安全使用制定了指导方针。铬在美国也受到OSHA的严格监管。

长期以来,它因其硬度高、能够最大限度地减少滑动磨损、防腐蚀和延长金属部件的寿命而备受工程师的喜爱,可用于许多应用,如航空结构件、起落架、发动机支架和机体。在许多情况下,由于其低摩擦系数,硬铬用于部件之间有金属间接触的运动部件。

因此,更换硬铬的过程要求航空航天公司严格评估他们使用硬铬的原因并确定它正在解决的问题,因为他们现在寻求用替代品替代它。这是一项艰巨的任务,因为目前使用硬铬的每个零件都需要通过其功能性,与其他零件的连接性,磨损机制,润滑需求和环境操作条件进行审查。这种分析是必要的,因为没有完全能替代硬铬的产品。

随着硬铬的替代品得到确认和评估,也有机会获得更好的性能。尽管硬铬被广泛采用,但它并非没有性能问题,包括硬度和防腐能力的限制、在凹槽和螺纹中的应用困难,以及在高应力条件下出现点蚀和剥落(剥落)的风险。

PVD涂层

在航空航天工业中越来越多地使用的一种替代方案是PVD涂层,这是一种坚固,无危害,符合REACH标准的硬铬替代品。物理气相沉积(PVD)涂层具有许多相同的优点,并且在某些方面优于硬铬。

PVD有几种可用于生产薄涂层的真空沉积方法。PVD通常用于在160-500°C(212-932°F)的较低涂层温度下涂覆组件。这些温度是理想的,因为它们低于钢的回火温度,以避免改变基本材料特性。

硬质铬可以在许多应用中找到,例如航空结构,起落架,发动机支架和空气框架。

PVD中有几种碳基涂料,它们具有极高的表面硬度,低摩擦系数和抗腐蚀性能的独特组合。涂层供应商欧瑞康巴尔查斯的BALINIT C就是一个例子,吸引了全球一些最大的航空航天制造商的关注,包括空客。

去年11月,空客宣布将扩大BALINIT C的使用范围,将铜合金也包括在内。铜合金是一种基材,通常用于飞机起落架的轴承和衬套,以及与机身的连接。此前,空客公司已批准PVD涂层用于钢、钛和镍基板。

PVD涂层具有许多与硬铬相同的优点,并且在某些方面优于硬铬。

BALINIT C作为一种无危害的、符合REACH标准的硬质镀铬选项的技术资格认证完成了空客在英国欧利康·巴尔泽尔和法国欧利康·巴尔泽尔生产中心的工业资格认证过程。

欧瑞康巴尔查斯(Oerlikon Balzer)全球航空部门经理托比•米德尔米斯(Toby Middlemiss)表示:“空客已证实,我们的BALINIT C涂层符合他们的技术和工业要求。”

欧瑞康巴尔查斯使用金属和类金刚石碳的混合物来制造BALINIT C,一种碳化钨/碳(WC / C)涂层。涂层适用于1-5μm的厚度,可用于滚子轴承和起落架部件。它产生了光亮的表面,并且得益于涂层的均匀性,不再需要后续处理,节省了时间和金钱。
与硬铬相比,这是一个明显的优势。电镀硬铬后需要将其通过磨削和抛光保证尺寸公差和均匀的光洁度。

与硬铬相比,BALINIT C对金属基材具有更强的附着力,高承载能力和高抗划伤性(粘着磨损)。由于其低摩擦系数,它减少了飞机上滑动或移动部件的点蚀和微动腐蚀,如在执行机构、襟翼轨道系统和泵中发现的那些。这使得涂层适合低润滑,甚至干运行的应用。

轴承也遭受严重和不成比例的分布磨料磨损。涂层特别适用于表面硬化以及球轴承和滚轴轴承钢,因为它可以在低于200°C(392°F)的温度下使用。

涂层不仅可以应用于内圈和外圈和滚筒,还可以应用于滚珠轴承中的滚珠,涂层厚度均匀,厚度为0.5-1μm。粗糙度的轻微增加被涂层的良好表面质量所抵消,这使内圈和外圈的滚道平滑,提供额外的防刮擦和点蚀保护。

随着空客(Airbus)等行业领导者越来越多地采用PVD涂层,从航空航天行业最终消除硬铬的机会变得越来越确定。

“对于航空航天工业而言,取代硬铬是一项艰巨的任务,因为找到一个确切的替代品并不容易 – 每种替代方案都会有所不同,”Middlemiss说。“因此,制造商必须回到最初的需求,并评估为什么首先使用硬铬,应用工艺是什么,以及可能有效的替代品。”

米德尔米斯补充说:“我们将继续进行严格的、基于证据的评估,逐项逐项进行,以确保安全、性能、可靠性和成本标准都得到满足。”

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