某海島環(huán)境下典型機載設備防護涂層耐老化性試驗研究

劉成臣，張洪彬，趙連紅，金濤，王浩偉

?

某海島環(huán)境下典型機載設備防護涂層耐老化性試驗研究

劉成臣1，張洪彬2，趙連紅1，金濤1，王浩偉1

（1.中國特種飛行器研究所 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，湖北 荊門 448035；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 440106）

目的研究某海島環(huán)境下6類典型機載設備表面涂層的耐老化性能。方法在某海島環(huán)境開展6類典型機載設備表面涂層的戶外和棚下暴露試驗，試驗時間為3年，分別通過測試外觀、光澤度、色差研究其老化特點。結果戶外試驗相比棚下試驗，所有試驗樣品均表現出更加明顯的性能退化，在光澤度變化方面，C1和C6變化最小，在色差變化方面，C4變化最小。結論在機載設備選用涂層材料時，注重光澤度優(yōu)先選用C1和C6，注重保持顏色優(yōu)選C4。

機載設備；涂層；海島環(huán)境耐老化性能

飛機在海洋環(huán)境下服役時長期受高溫、高濕、高鹽環(huán)境的作用，涂層作為機載裝備最重要的防護措施，對于機載裝備的防腐蝕能力具有決定性的影響[1-5]。國內目前對于飛機蒙皮涂層的研究較多，機載設備涂層由于其基材及應用部位的特殊性，目前的研究數據不適合用于評價其環(huán)境適應性。隨著我國飛機在南海布局，對機載設備的環(huán)境適應性提出了更高的要求[6-11]。在西沙海域環(huán)境開展6類典型機載設備表面基材及涂層的戶外和棚下暴露試驗，試驗時間為3年，分別通過測試外觀、光澤度、色差研究其老化特點，為機載設備涂層的選取提供支撐。

1 海洋環(huán)境暴露試驗

1.1 試驗件及試驗件條件

涂層試樣尺寸為：150 mm×75 mm×2 mm（見圖1），其組分見表1。

圖1 涂層試驗件

該次試驗選擇西沙海域環(huán)境同時開展戶外和棚下暴露試驗，試驗周期為3年。西沙海域的高溫、高濕、高鹽等惡劣環(huán)境是飛機在沿海服役環(huán)境面臨的最嚴酷的挑戰(zhàn)，能夠真實反映設備表面基材及涂層在海洋腐蝕環(huán)境下的耐老化性能。

涂層試驗樣品按照GB/T 9276—1996 《涂層自然氣候暴露試驗方法》進行戶外大氣暴露試驗和棚下試驗[12]。戶外大氣暴露試驗的樣品在戶外朝南與水平面45°角放置，無背板暴露。棚下試驗樣品放在具有百葉窗的半封閉試驗棚下，平板試樣垂直放置。

1.2 試驗檢測

涂層樣品按3，4，6，12，18，24，30，36個月的試驗周期進行取樣。每次取樣時，會對所取試樣和暴露架上的其余試樣進行拍照。完成拍照后，取回的涂層樣品按照標準進行外觀檢查，檢查項目包括失光、變色、粉化、裂紋、起泡、斑點、生銹、脫落等，具體的評級方法按照GB/T 1766—2002 《色漆和清漆涂層老化的評級方法》中的規(guī)定進行，測試設備清單見表2。

表1 涂層試驗件組分

表2 測試設備清單

2 結果與討論

36個月試驗后，外觀檢測數據見表3，部分照片見圖2和圖3。

2.1 光澤度變化

戶外樣品的光澤變化如圖4所示，在開展自然暴露試驗過程中，戶外涂層樣品的光澤度不斷下降，36個月后失光率均達到80%左右。這是由于在暴露試驗過程中，由于光氧和熱氧作用，涂層表面聚合物的化學鍵發(fā)生斷裂，導致表面粗糙度變大，光澤度降低。部分樣品（如C1，C2等）在暴露初期光澤度有所升高，這是由于暴露初期在光照、溫度、濕度的周期作用下，涂層內應力重新分布，表面更加舒張，使得涂層更加平整，光澤度變大。由圖5可知，棚下自然暴露試驗過程中，涂層受到熱氧作用，光澤度也不斷下降，36個月后失光率30%左右，低于戶外暴露試驗結果，表明光照是影響涂層光澤度的關鍵因素。

對比圖4和圖5，在暴露試驗前18個月，戶外的涂層樣品的光澤度下降速率和幅度很大，其中C2，C3，C5的失光率達80%以上，而棚下的涂層樣品光澤度下降過程較緩，失光率為10%~20%。在暴露試驗18個月后，戶外涂層樣品光澤度下降過程變緩，而棚下涂層樣品的光澤度下降速度變大。這說明棚下涂層樣品的熱氧老化過程較緩，而戶外涂層的光氧作用較強，并和熱氧老化相互促進，在較短時間內可對涂層表面造成破壞。

表3 樣品外觀變化評級

a 初始

b 36個月

圖2 C1試驗件戶外暴露前后照片

a 初始

b 36個月

圖3 C2試驗件戶外暴露前后照片

圖4 涂層樣品戶外暴露試驗失光率變化

圖5 涂層樣品棚下暴露試驗失光率變化

2.2 色差變化

涂層經過環(huán)境作用后表面聚合物發(fā)生降解，形成微孔，而水分可通過微孔滲透至涂層內部，導致涂層的顏色發(fā)生變化，故色差變化是涂層防護性能的重要指標。戶外樣品色差變化如圖6所示，戶外暴露試驗過程中，涂層樣品的色差不斷增大。36個月后變色程度為：C2＞C1＞C5＞C6＞C3＞C4。棚下涂層樣品的變色程度相比戶外要小很多，36個月后變色程度為：C3＞C1＞C5＞C6＞C2＞C4，說明光照對于涂層的性能具有非常大的影響。

圖6 涂層樣品戶外暴露試驗色差變化

圖7 涂層樣品棚下暴露試驗色差變化

3 結論

1）6類典型機載設備表面基材及涂層的戶外和棚下暴露試驗，試驗時間為3年。分別通過測試外觀、光澤度、色差研究其老化特點。戶外試驗相比棚下試驗，所有試驗樣品均表現出更加明顯的性能退化，在光澤度變化方面，C1和C6變化最小，在色差變化方面，C4變化最小。

2）在機載設備選用涂層材料時，注重光澤度優(yōu)先選用C1和C6，注重保持顏色優(yōu)選C4。

[1] 郭敏驍, 封志華, 徐偉, 等. 環(huán)境因素與飛機結構壽命[J]. 裝備環(huán)境工程, 2004, 1(5): 73-77.

[2] 舒暢, 劉彬, 周漪. 鋅鋁/富鋁復合涂層在海洋環(huán)境中的耐蝕性研究[J]. 表面技術, 2012, 41(5): 56—59.

[3] 陳偉, 唐凌燕, 周英. 鋅鎳合金鍍工藝優(yōu)化及鍍層耐腐蝕性的研究[J]. 表面技術, 2015, 44(2): 110—114.

[4] 陳月華, 江徳鳳, 劉永永. 金屬鍍金外殼抗鹽霧腐蝕工藝的改進[J]. 表面技術, 2015,44(6): 93—97.

[5] 張丹峰, 王玉剛, 譚曉明. 航空聚氨酯涂層老化分析[J]. 環(huán)境技術, 2016, 34(05): 38-40.

[6] 孫海龍, 王曉慧. 艦載電子設備三防密封設計技術綜述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2008, 4(5): 49-52.

[7] 孫世彧, 李高原. 高分子材料的氣候老化試驗技術[J]. 塑料工業(yè), 2006(9): 36-39.

[8] 易平, 楊建新, 楊秀清, 等. 3種高分子材料自然環(huán)境多角度暴露對比試驗[J]. 表面技術, 2007, 36(2): 18-20.

[9] 袁敏, 鄒凡, 王忠. 熱帶海洋環(huán)境條件對印制電路板性能參數的影響分析[J]. 環(huán)境技術, 2014, 38(3): 21-23.

[10] 陳和祥. 印制電路板生產中油墨廢水處理技術研究[J]. 環(huán)境科技, 2010, 23(1): 30-32.

[11] 張仁群, 岳濤. 大型電子系統(tǒng)顯示控制臺環(huán)境適應性設計[J]. 環(huán)境技術, 2011, 35(4): 22-24

[12] 張洪彬, 劉雅智, 蔡汝山, 等. 非金屬材料紫外光老化試驗方法與標準研究[J]. 電子產品可靠性與環(huán)境試驗, 2016, 34(1): 6-10.

Experimental Study on Aging Resistance of Protective Coatings for Typical Airborne Equipment in an Island Environment

LIU Cheng-chen1, ZHANG Hong-bin2, ZHAO Lian-hong1, JIN Tao1, WANG Hao-wei1

(1.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Structural Corrosion Prevention and Control, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China; 2.China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Institute, Guangzhou 440106, China)

Objective To study the aging resistance of surface coating of 6 types of typical airborne equipment in an island environment. Methods Outdoor and shed exposure tests for surface coating of 6 types of typical airborne equipment were carried out for 3 years in an island environment to research its aging characteristics by testing appearance, gloss and color. Results In the outdoor experiment, all the test samples showed more obvious degradation of performance, among which C1 and C6 were the best in outdoor and shedding, and C4 had the least change in color difference. Conclusion In selecting airborne equipment of surface coating, C1 and C6 should be preferred if glossiness is emphasized; C4 should be selected, if color is emphasized.

airborne equipment; coating; island environment; aging-resistance performance

10.7643/ issn.1672-9242.2017.09.005

TJ07；TG174.461

A

1672-9242(2017)09-0022-07

2017-03-14；

2017-03-20

劉成臣（1984—），男，湖北荊門人，碩士，高級工程師，主要研究方向為飛機結構抗腐蝕設計。