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鍍硬鉻長(zhǎng)期以來(lái)一直是航空部件制造、維護(hù)和修復(fù)的關(guān)鍵組成部分。對(duì)于像飛機(jī)起落架、汽輪機(jī)、液壓和其它部件，鉻可以提供長(zhǎng)期的耐磨涂層。遺憾的是發(fā)現(xiàn)用于電鍍作業(yè)的六價(jià)鉻會(huì)對(duì)電鍍工廠(chǎng)的工人造成嚴(yán)重傷害。
近幾年隨著對(duì)鍍鉻的健康和環(huán)境威脅意識(shí)的明顯增強(qiáng)，導(dǎo)致逐漸向替代涂層技術(shù)轉(zhuǎn)移。過(guò)去二十年環(huán)境和健康規(guī)則越來(lái)越嚴(yán)格，嚴(yán)重打擊了國(guó)內(nèi)的鍍硬鉻行業(yè)，使約一半的電鍍車(chē)間搬出公司或撤到鄉(xiāng)村以外限制較少的地方。
于此同時(shí)，鉻鍍層的替代品已穩(wěn)獲市場(chǎng)。熱噴涂是最為熟知的鍍硬鉻替代工藝，已在航空業(yè)確立市場(chǎng)并向航空業(yè)以外的一般工業(yè)和重型車(chē)輛市場(chǎng)拓展。然而，熱噴涂正面臨著來(lái)自與鍍鉻競(jìng)爭(zhēng)的某些相同技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。
許多鍍鉻替代品的優(yōu)點(diǎn)不只是避免與鍍鉻相關(guān)的環(huán)境和健康問(wèn)題，如今在性能和成本上已獲得明顯進(jìn)步。一些新的涂層方法已實(shí)現(xiàn)或正著手商品化，并且一些新技術(shù)甚至在航空航天上獲準(zhǔn)使用。
然而，作為對(duì)先前研究的更新，由Thintri，Inc.(www.thintri.com)公司進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于硬鉻替代品的新的市場(chǎng)研究表明，向硬鉻替代品的轉(zhuǎn)移已從之前的穩(wěn)步進(jìn)展轉(zhuǎn)為更加復(fù)雜的情形。主要問(wèn)題與轉(zhuǎn)移到新方法的成本有關(guān)，反映在獲得并建立熱噴涂間的費(fèi)用上，以及性能的不穩(wěn)定性，特別是在目前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下。具有諷刺意味的是，一些持猶豫態(tài)度者認(rèn)為高估了替代工藝熱噴涂的能力。因此，一些行業(yè)部門(mén)繼續(xù)從鉻向熱噴涂轉(zhuǎn)移，而一些人則反對(duì)。于此同時(shí)，新的能應(yīng)對(duì)鍍硬鉻和熱噴涂缺陷的涂層方法正在出現(xiàn)，為制造、維護(hù)和修復(fù)提供新的選擇。
但熱噴涂有他的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)備昂貴，涂層超厚，不易控制，涂層脆性大，精密件不可用。
最好的代鉻鍍層-代鉻鍍層鎳鈷鐵。
航空業(yè)的鍍硬鉻市場(chǎng)
鍍硬鉻是航空航天部件制造、維護(hù)和修復(fù)的重要部分，不僅用于部件的制造，還用于最初非鍍鉻部件的重建，以恢復(fù)尺寸公差。鉻應(yīng)用成本低且簡(jiǎn)便,加上鉻耐磨涂層的質(zhì)量，導(dǎo)致鍍鉻在耐磨涂層應(yīng)用方面的長(zhǎng)期統(tǒng)治。
鍍硬鉻的特性通常較好，但并不優(yōu)秀。鍍鉻有限的硬度和抗腐蝕性越來(lái)越滿(mǎn)足不了當(dāng)今磨損環(huán)境的更高要求。鉻鍍層在應(yīng)力下容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕、剝落和其它失效現(xiàn)象。鉻沉積速率慢且烘干時(shí)間長(zhǎng)，增加了用戶(hù)成本和周轉(zhuǎn)時(shí)間。涂層的不一致性常需要進(jìn)行機(jī)械加工，以滿(mǎn)足尺寸公差。
最重要的是，眾所周知鍍硬鉻過(guò)程中的主要部分六價(jià)鉻危害健康。工人暴露在電鍍時(shí)產(chǎn)
生的噴霧中不僅可能導(dǎo)致癌癥，還可能產(chǎn)生一群其它體檢問(wèn)題，包括隔膜刺激、潰瘍和穿孔、皮炎、燒傷和其它問(wèn)題。在今天的污染控制法規(guī)下，有毒的電鍍槽液的廢物處理同樣難解決。
鍍鉻替代品
化學(xué)鍍鎳，電鍍鎳鐵鎢，電鍍鎳鈷鐵，熱噴涂，三價(jià)鉻鍍鉻
二十世紀(jì)九十年代，熱噴涂作為最主要的硬鉻鍍層替代品出現(xiàn)，體現(xiàn)為一系列不同涂層技術(shù)。熱噴涂不僅占據(jù)與鉻替代相關(guān)的重要市場(chǎng)，還提供替代硬鉻的替代品，熱噴涂已成為像航空航天等重要市場(chǎng)中必不可少的技術(shù)。
熱噴涂在一些航空應(yīng)用中提供優(yōu)于鍍鉻的重要優(yōu)勢(shì)，包括快速沉積率、可沉積在熱敏感表面，使用便攜設(shè)備以及涂層材料廣泛。最重要的是，至少在某些情況，熱噴涂在成本上與鍍鉻相當(dāng)，甚至更經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于航空應(yīng)用，最常使用的熱噴涂形式是高速氧燃料噴涂或HVOF噴涂。
HVOF適于處理大型部件。而對(duì)于大型部件，電鍍槽的安裝和維護(hù)將會(huì)非常昂貴，對(duì)于大型部件應(yīng)用HVOF涂層就體積而言無(wú)須額外投入，只要部件安裝在標(biāo)準(zhǔn)噴涂間內(nèi)即可。小型部件，像那些可以用鏟子鏟的，可以在較便宜的鍍鉻槽中處理。
HVOF或任何熱噴涂的另一重要優(yōu)勢(shì)是，與電鍍相比工藝時(shí)間縮短。對(duì)于典型的HVOF應(yīng)用，工藝時(shí)間僅為鍍硬鉻所用時(shí)間的1/5。
當(dāng)然采用熱噴涂要權(quán)衡利弊。表面的復(fù)雜性強(qiáng)調(diào)兩種方法間某些明顯的差異。鍍鉻很容易達(dá)到復(fù)雜部件的整個(gè)表面，而對(duì)于熱噴涂情況不總是如此，復(fù)雜幾何構(gòu)造的部件表現(xiàn)出明顯的挑戰(zhàn)性。因而，對(duì)于大型且形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的部件，HVOF相比鍍鉻最具競(jìng)爭(zhēng)性。
假定熱噴涂是直線(xiàn)視覺(jué)應(yīng)用，非直線(xiàn)視覺(jué)(NLOS)幾何形狀及特別是內(nèi)徑小于6-8英寸(15-20厘米)的部件對(duì)于HVOF是個(gè)大難題。如今約20%的航空涂層應(yīng)用是非直線(xiàn)視覺(jué)的，無(wú)法在這樣表面使用將最終限制HVOF在鉻替代方面取得80%的航空涂層市場(chǎng)。
HVOF的另一個(gè)大問(wèn)題是需要相當(dāng)數(shù)量的預(yù)先投入，包括耗材和設(shè)備。然而，考慮到長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益如周轉(zhuǎn)時(shí)間較快、性能更強(qiáng)、耐磨時(shí)間更長(zhǎng)和危害廢物排放減少等，通常熱噴涂比鍍鉻更具競(jìng)爭(zhēng)性，加上附加在鍍鉻上的所有規(guī)則，熱噴涂的優(yōu)勢(shì)明顯提升。
無(wú)論如何HVOF是到目前為止取代鍍硬鉻的替代選擇，給予熱噴涂更出眾的性能、令人滿(mǎn)意的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。航空工業(yè)的大型部件，以及像石油和天然氣、重型設(shè)備和其它行業(yè)部分已開(kāi)始從硬鉻向熱噴涂和少數(shù)其它替代選擇大規(guī)模轉(zhuǎn)移。此動(dòng)作對(duì)于鍍鉻行業(yè)的總量影響相當(dāng)小，但替代品市場(chǎng)的增長(zhǎng)大體上較強(qiáng)，雖然存在些矛盾。但這些矛盾將阻礙它的發(fā)展。
航空業(yè)轉(zhuǎn)向熱噴涂，電鍍鎳鈷鐵
鍍鉻替代品中的先驅(qū)——熱噴涂已經(jīng)穩(wěn)固的獲得航空市場(chǎng)，特別是起落架幾乎已成為標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)多數(shù)人認(rèn)為腐蝕市場(chǎng)會(huì)繼續(xù)發(fā)展直到鍍鉻或多或少在很小的范圍內(nèi)應(yīng)用，就像在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)上發(fā)生的那樣。然而，最近幾年，該行業(yè)的一些部門(mén)已經(jīng)停止在其它重要應(yīng)用中接受熱噴涂如起落架。一些重要的公司已經(jīng)放棄在起落架上應(yīng)用熱噴涂，另外的公司理性地延遲執(zhí)行。目前的經(jīng)濟(jì)衰退趨勢(shì)只能使情形更加復(fù)雜。
大部分小型、支線(xiàn)飛機(jī)和公務(wù)機(jī)繼續(xù)堅(jiān)持在飛機(jī)起落架應(yīng)用鍍鉻。甚至一些較大的航空公司如Lufthansa(德國(guó)漢莎航空公司), 早先主動(dòng)采用熱噴涂，已決定用鍍鉻。對(duì)于德國(guó)漢莎航空公司的情況，該策略在于公司決定在利用HVOF或鍍鉻此類(lèi)大量服務(wù)成為必需之前廉價(jià)賣(mài)清飛機(jī)。小型飛機(jī)用戶(hù)中，包括支線(xiàn)飛機(jī)和公務(wù)機(jī)，許多公布說(shuō)他們沒(méi)有打算從鍍鉻向熱噴涂轉(zhuǎn)移用于飛機(jī)起落架，一些小型飛機(jī)的所有人打賭部件上HVOF涂層的服役時(shí)間長(zhǎng)于該部件的使用壽命，因而無(wú)須重建涂層。對(duì)于那些少數(shù)由于外傷或某些不尋常的事件而需修復(fù)涂層，可外包給專(zhuān)門(mén)從事熱噴涂的公司修復(fù)飛機(jī)起落架。
有些時(shí)候在噴涂前基體失效，多數(shù)熱噴涂專(zhuān)家對(duì)HVOF涂層能比應(yīng)用HVOF涂層的部件的服役壽命更久這點(diǎn)持懷疑態(tài)度。如果是那樣的話(huà)，那些推遲決定向熱噴涂轉(zhuǎn)移的公司會(huì)發(fā)現(xiàn)他們沒(méi)有太多時(shí)間計(jì)劃而被迫做出不愉快的決定。然而，此問(wèn)題還未解決，沒(méi)人確切知道熱噴涂涂層是否比使用涂層的部件的服役壽命更持久。無(wú)論如何，幾個(gè)專(zhuān)門(mén)從事支線(xiàn)飛機(jī)和公務(wù)飛機(jī)起落架服務(wù)的公司公布盡管給予了附加的規(guī)則負(fù)擔(dān)，他們和其用戶(hù)很高興采用鍍鉻，鍍鉻很大程度上較穩(wěn)定。
經(jīng)濟(jì)衰退的影響
目前經(jīng)濟(jì)危機(jī)已促使航空市場(chǎng)的資源消耗下降，高姿態(tài)的波音787和空客A380的生產(chǎn)延緩居首。商業(yè)循環(huán)被破壞，貨物和服務(wù)的價(jià)格也跳水。本來(lái)期望空中交通在未來(lái)10年會(huì)迅猛增長(zhǎng)(很大程度上由于亞洲市場(chǎng)的增長(zhǎng))，現(xiàn)在看將會(huì)稍微停滯不前，這取決于經(jīng)濟(jì)蕭條持續(xù)的時(shí)間。
許多航空業(yè)人士預(yù)測(cè)2011至2012年飛機(jī)制造及材料和資源消耗會(huì)下降，經(jīng)濟(jì)衰退已加速預(yù)料中的下降。對(duì)該下降的預(yù)測(cè)僅基于歷史循環(huán)基礎(chǔ)上，而非經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。許多航空公司分析人員現(xiàn)在相信該下降正在發(fā)生，這是合理的設(shè)想，盡管下降的程度將比2011和2012年預(yù)期的更大。多數(shù)分析人員預(yù)測(cè)2010年末開(kāi)始好轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，衰退的航空交通收入將僅能投入不斷增加的維護(hù)、修理和檢修設(shè)備，更難證明預(yù)測(cè)的正確性。
案例研究：磨損涂層市場(chǎng)
對(duì)于熱噴涂，全部的磨損涂層市場(chǎng)不僅僅是鍍鉻替代方面，受航空工業(yè)問(wèn)題的不利影響，其它因素也起重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)衰退加深，一些公司不愿著手新的資本支出。選擇的市場(chǎng)比別的市場(chǎng)更消極，并且一些問(wèn)題較多的行業(yè)正是那些利用耐磨涂層較多的行業(yè)。
耐磨涂層部門(mén)的實(shí)力在于即使新設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)力下降，使用中的噴涂表面仍必須修復(fù)，使耐磨涂層的熱噴涂市場(chǎng)保持相對(duì)活躍。
耐磨涂層鉻替代市場(chǎng)部分得益于從鍍鉻向替代品如HVOF的轉(zhuǎn)移，如此看來(lái)可以預(yù)料前景比全部耐磨涂層市場(chǎng)更光明，主要在于鍍鉻市場(chǎng)的花費(fèi)(圖1)。
當(dāng)許多鉻替代品市場(chǎng)遭遇現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)情形，部分潛在用戶(hù)出于慣性，通常不愿轉(zhuǎn)向預(yù)先投入成本較大的工藝，展望目前的下降趨勢(shì)，預(yù)料2010或2012年左右多數(shù)部門(mén)開(kāi)始穩(wěn)固推進(jìn)。大部分行業(yè)能夠從鍍鉻替代工藝中獲益，但航空業(yè)特殊,特別是由相對(duì)少數(shù)的OEMs公司經(jīng)營(yíng)的設(shè)備和材料。一旦任何行業(yè)的前三名或前四名轉(zhuǎn)向替代工藝，預(yù)料其它行業(yè)通常會(huì)跟隨。在Thintri公司報(bào)告中的幾乎所有討論到的部門(mén)中，事實(shí)上主要的OEMs公司正在向采用熱噴涂替代鍍鉻移動(dòng)，盡管移動(dòng)速率不同。
此時(shí)采用HVOF用于內(nèi)徑的可能性很小(盡管以此為目的在等離子噴涂上的變化仍在研究中)，此法用于非直線(xiàn)視覺(jué)和其它幾何形狀目前存在困難。僅僅出于這個(gè)原因，預(yù)料HVOF不可能獲得航空業(yè)超過(guò)80%的目標(biāo)市場(chǎng)。缺少在處理小型和復(fù)雜部件方面的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，將導(dǎo)致在重型設(shè)備和一般工業(yè)的突破目標(biāo)甚至更低。
許多Thintri公司研究采訪(fǎng)的熱噴涂行業(yè)的專(zhuān)家相信，當(dāng)較大市場(chǎng)仍有待獲取時(shí)， “低處懸掛的果子”已經(jīng)抓住了。過(guò)去十年，向替代工藝的移動(dòng)在大型、高利潤(rùn)及易應(yīng)用設(shè)備，如飛機(jī)起落架和液壓缸方面已悄悄開(kāi)始，但持續(xù)穩(wěn)固推進(jìn)。剩余的較大卻高度分割的市場(chǎng)，必須使該市場(chǎng)的潛在用戶(hù)對(duì)熱噴涂的成本效率信服并對(duì)轉(zhuǎn)換技術(shù)略有興趣。其它可用到的應(yīng)用，熱噴涂做得還不夠好如內(nèi)徑，目前是如非電鍍工藝的競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)。大體而言鍍鉻替代工藝的持續(xù)成功取決于能否打入大量更小、更困難的市場(chǎng)。
因此，那些行銷(xiāo)的鍍鉻替代工藝將必須帶來(lái)瞄準(zhǔn)不同應(yīng)用的資源，這些應(yīng)用的潛在用戶(hù)可能不熟悉鍍鉻替代工藝，需要通過(guò)在長(zhǎng)期應(yīng)用熱噴涂過(guò)程中節(jié)約成本且表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)使之信服，這方面目前支持資料很少。
結(jié)論
大量因素共同作用延緩了航空業(yè)從硬鉻涂層向替代工藝如熱噴涂的轉(zhuǎn)移，并使之復(fù)雜化。一些因素是目前經(jīng)濟(jì)條件的函數(shù)，而另一些顯示在某些應(yīng)用中關(guān)于鍍鉻部分優(yōu)異的彈性。鍍鉻的吸引力主要在于其簡(jiǎn)單性和低成本，最重要的是其多功能性。替代工藝提供僅有限的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)闆](méi)有一個(gè)替代工藝許諾能全面替代鍍鉻。通過(guò)同時(shí)使用大量替代工藝最有可能實(shí)現(xiàn)替代鍍鉻。例如，采用HVOF替代鍍鉻用于許多外表面的同時(shí)，內(nèi)徑和其它非直線(xiàn)視覺(jué)應(yīng)用利用不同的替代工藝，如電解沉積納米結(jié)晶涂層。納米鍍層-代鉻鍍層鎳鈷鐵必將取代鍍鉻。
無(wú)論如何，業(yè)內(nèi)很多人相信鍍鉻在航空業(yè)的應(yīng)用將最后繼續(xù)逐漸減少，而具有較少不利條件和更好性能的替代工藝會(huì)繼續(xù)俘獲鍍鉻的市場(chǎng)。
