飛機鋁合金蒙皮表面激光脫漆試驗對比研究

董俊，汪定江，肖堯

（空軍工程大學航空機務士官學校航空修理工程系，河南 信陽 464000）

隨著激光技術的快速發(fā)展，它被廣泛應用于各個領域，如醫(yī)學、通信和工業(yè)等。其中，激光輻照是一種新型及高效的材料處理手段，特別是在清洗領域中，激光清洗與機械刷磨、化學試劑、超聲波清洗等傳統(tǒng)方法相比，有很多優(yōu)點：產(chǎn)生的廢料易處理，降低環(huán)境污染；非接觸式清洗；可控性好、效率高、成本低等。激光清洗研究是一個非常重要的課題，尤其是對清洗機理的研究，其物理機理相當復雜，國內(nèi)外學者在這方面做了大量的理論和實驗研究。作者在前人的基礎上做了進一步研究，通過理論分析、試驗驗證等技術手段，研究激光脫漆對材料的力學性能、電導率、漆層與基材的結(jié)合力的影響，解決部隊內(nèi)、外場條件下飛機蒙皮脫漆過程中效率低、成本高、易損傷部件等問題；同時，為新型戰(zhàn)機雷達吸波涂層在內(nèi)、外場維修條件下的維修保障和損傷修復提供新的技術支持和新的開發(fā)方向。

1 激光脫除工作原理

激光脫除涂層實質(zhì)上是利用激光與涂層相互作用效應的一項技術，當激光照射到涂層表面時，激光的光能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，促使涂層從零件表面脫離。激光脫除系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

一般而言，激光脫除涂層機理分為兩大類：一類是利用涂層與基體對某一波長激光能量的吸收率的差別，使激光能量充分被涂層吸收，從而涂層受熱膨脹或汽化揮發(fā)，并被汽化形成的氣流帶動離開基體物質(zhì)而達到脫除的目的。其要求是基體材料對激光能量的吸收率要低，這樣才不會損傷到基體材料。另一類是對于基體物質(zhì)與涂層對激光吸收率差別不大，或是涂層受熱會產(chǎn)生有毒物質(zhì)等情況的脫除。通常是利用高頻率、高功率的脈沖激光沖擊物體表面，使部分激光束轉(zhuǎn)換成聲波，聲波在沖擊中下層硬表面以后返回，其返回部分與激光入射聲波發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生高能共振波，使涂層發(fā)生微小爆裂，脫離基體表面。

圖1 激光脫除系統(tǒng)示意圖

2 激光脫漆與溶劑脫漆對比試驗分析

2.1 試驗背景

飛機蒙皮脫漆國內(nèi)一般采用有機溶劑的方法，現(xiàn)有全新脫漆工藝方法——激光脫漆，為了確定其對材料的力學性能、電導率、漆層與基材的結(jié)合力的影響，特對溶劑脫漆與激光脫漆后的蒙皮鋁板進行對比試驗。

表1 試驗底、面漆

表2 鋁板

表3 “原（37311）、WE204992批號鋁板材料力學性能

2.2 試驗方案

試驗用底、面漆（見表1）與鋁板（見表2），板材性能見表3。

（1）材料處理。鋁板在噴涂前按照XX213-2014《鋁及鋁合金零件硫酸陽極化工藝規(guī)范》進行前期處理，處理完成后按照XX206-2014《環(huán)氧漆的涂覆工藝》規(guī)定噴涂H06-27環(huán)氧酰胺底漆，底漆噴涂完成后按照XX303-2013《聚氨酯漆的涂覆》規(guī)定噴涂S04-21/81白色聚氨酯磁漆面漆，噴涂完成后，進行激光脫漆和溶劑脫漆，對比鋁板在兩種脫漆處理后的理化性能差別。溶劑脫漆按照XX225-2014《有機涂層的退除工藝規(guī)范》。“另”“原”是分別兩個爐批號，但規(guī)格、材料牌號、狀態(tài)相同，“另”板單面噴漆、“原”板雙面噴漆。“另1”“另2”是從“另”板寬度中線分割，“另1”采用溶劑清洗，“另2”采用激光清洗，“原1”“原2”是從“原”板寬度中線分割，“原1”采用溶劑清洗，“原2”采用激光清洗，（其中，原2A”正面激光清洗，原2B”反面激光清洗）。

（2）試件取材部位及尺寸。屈服拉伸試件取樣方向為鋁板的橫向。切割試驗用材料時，采用冷加工方法進行，試樣尺寸按照HB5143-96《金屬室溫拉伸試驗方法》。

（3）屈服拉伸試驗。在涂層系統(tǒng)經(jīng)過溶劑脫漆和激光脫漆后，原1、原2、另1、另2采用GB/T228-2002分別制作成試片，原1-1-8，原2A-1-8、原2B-1-8、另1-1-8、另2-1-8，并按照GB/T228-2002進行屈服強度拉伸試驗，記錄相應的抗拉強度、屈服強度、延伸率，對原1、原2、另1、另2兩組試樣的結(jié)果分別進行對比。

（4）電導率檢查。原1、原2、另1、另2進行屈服強度拉伸試驗后，每片試片上取三個點進行檢測，檢查結(jié)果取三個結(jié)果的平均值，最后，對兩組試片進行電導率數(shù)據(jù)對比。

（5）漆層結(jié)合力試驗。“WE204992”批號在使用溶劑脫漆和激光脫漆后，根據(jù)材料處理方式進行底漆和面漆噴涂，噴涂完成后，按照BSS7225中2型3類濕膠帶試驗方法檢測漆層結(jié)合力。涂層結(jié)合力對編號為1-1-8的激光脫漆試片和2-1-8的溶劑脫漆試片進行涂層結(jié)合力的檢測，檢測按照BSS7225中2型3類濕膠帶試驗方法進行，對每個檢測試片結(jié)果進行評級。

2.3 試驗結(jié)果

（1）外觀及絕緣電阻檢查。經(jīng)過硫酸陽極化后的試板顏色為淺黃色，如圖2；經(jīng)過溶劑脫漆后的試板顏色基本無差別，如圖3右，而經(jīng)過激光脫漆后的試板顏色變白，黃色明顯淡化如圖3左。圖2和圖3試板表面電阻測量均不導電，即激光脫漆、溶劑脫漆后表面陽極化層均完好。

圖2 經(jīng)過硫酸陽極化后的試板

圖3經(jīng)過激光脫漆和溶劑脫漆后的試板

（2）屈服拉伸試驗。試驗設備：靜強度拉伸試驗機；試驗狀態(tài)：試樣經(jīng)過硫酸陽極化后，噴涂H06-27環(huán)氧聚酰胺底漆，噴涂完成后，分別采用激光脫漆及溶劑脫漆，檢測激光脫漆和溶劑脫漆后試件的屈服拉伸試驗數(shù)據(jù)；環(huán)境溫度：24℃；試驗方法：GB/T228-2002；試驗結(jié)果見表4，表5。

表4 “原”板溶劑脫漆與激光脫漆力學性能

從表4、表5可以看出，溶劑脫漆與激光脫漆后試片在抗拉強度、屈服強度、延伸率幾個性能值上沒有明顯變化。

（3）電導率檢測。試驗設備:sigmatest2.069電導率；試驗狀態(tài)：試驗經(jīng)過硫酸陽極化后，噴涂環(huán)氧酰胺底漆，噴涂完成后，分別采用激光脫漆及溶劑脫漆，檢測激光脫漆和溶劑脫漆后試片的電導率。在屈服拉伸試驗完成的試樣上測試相應的電導率；環(huán)境溫度：20℃；試驗方法：10AS371-2013；試驗結(jié)果見表6、7。

表5 “另”板溶劑脫漆與激光脫漆力學性能

表6 “原”板溶劑脫漆與激光脫漆電導率 單位：%IACS

表7 “另”板溶劑脫漆與激光脫漆電導率 單位：%IACS

從表6、7的數(shù)據(jù)可以看出，溶劑脫漆與激光脫漆后的試片平均電導率值沒有變化。

（4）涂層系統(tǒng)結(jié)合力試驗結(jié)果。試驗狀態(tài)：試驗經(jīng)過硫酸陽極化后，噴涂環(huán)氧酰胺底漆，噴涂完成后，分別采用激光脫漆及溶劑脫漆，脫漆后再次噴涂環(huán)氧酰胺底漆，對比經(jīng)激光脫漆和溶劑脫漆后在噴涂底漆的試片的涂層結(jié)合力；

環(huán)境溫度：22℃；試驗方法：BSS7225。

試驗前對溶劑脫漆和激光脫漆試片噴涂后的涂層厚度進行測量，在溶劑脫漆和激光脫漆后的，試片涂層厚度為26～32um。

在經(jīng)過涂層結(jié)合力試驗后，溶劑脫漆后，在噴涂底漆的試板試驗表現(xiàn)出脫落情況（見圖4）現(xiàn)象比較普通。而經(jīng)過激光脫漆的試板涂層結(jié)合力試驗表現(xiàn)良好（見圖5）較為統(tǒng)一，沒有試板出現(xiàn)涂層脫落情況。在涂層結(jié)合力方面，激光脫漆優(yōu)于溶劑脫漆。

圖4 溶劑脫漆涂層結(jié)合力脫落表現(xiàn)

圖5激光脫涂層結(jié)合力表現(xiàn)

3 結(jié)語

通過工藝試驗分析表明：激光脫漆后，硫酸陽極化層顏色變淡，溶劑脫漆與激光脫漆硫酸陽極化層均完好；激光脫漆與溶劑脫漆試片的電導率值沒有變化；溶劑脫漆與激光脫漆后材料的抗拉強度、屈服強度、延伸率實測值變化變化不明顯，均符合GJB2053A-2008；激光脫漆后，重新噴涂底漆面漆試片的結(jié)合力優(yōu)于溶劑脫漆。