飛機(jī)蒙皮表面處理技術(shù)及應(yīng)用研究

蔡文娟

摘要：目前，飛機(jī)蒙皮表面的主體以鋁合金和復(fù)合材料為主，兩者都具有其他材料所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但飛機(jī)的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，且其對(duì)自身結(jié)構(gòu)的防腐要求較高，則需對(duì)飛機(jī)蒙皮表面進(jìn)行處理，以提高其抗腐蝕性及保證飛機(jī)的安全飛行。在本案，筆者分別介紹飛機(jī)鋁蒙皮與復(fù)合材料蒙皮的表面處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);鋁蒙皮;復(fù)合材料;表面處理

引言

飛機(jī)蒙皮的目的是保持飛機(jī)的外形不變及使其具有較佳的空氣動(dòng)力特性，但在空氣動(dòng)力作用下，蒙皮不僅直接接觸外界，且其受力較為復(fù)雜，則所用蒙皮材料應(yīng)具備塑性好、強(qiáng)度高、表面光滑及抗蝕能力強(qiáng)等特征。據(jù)此，鋁合金和復(fù)合材料被廣泛用作飛機(jī)蒙皮材料。其中，與純鋁相比，鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度更高，但耐腐蝕性有所下降，則需對(duì)飛機(jī)鋁蒙皮表面進(jìn)行處理;復(fù)合材料是一種新型的航空材料，其具有耐腐蝕、耐摩擦、耐高溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電及在纖維軸方向上的強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)由環(huán)氧樹(shù)脂和碳纖維制成的復(fù)合材料，其存在屏蔽率差和易老化等缺點(diǎn)，則將其用作飛機(jī)蒙皮材料時(shí)，應(yīng)進(jìn)行表面處理。據(jù)此，筆者分別介紹飛機(jī)鋁蒙皮與復(fù)合材料蒙皮的表面處理技術(shù)及其應(yīng)用，以期提高飛機(jī)蒙皮材料的防護(hù)性能。

一、飛機(jī)鋁蒙皮表面處理

在飛機(jī)鋁蒙皮表面處理中，常用的方法包括陽(yáng)極氧化法、化學(xué)氧化法及磷化底漆法。

（一）陽(yáng)極氧化法

陽(yáng)極氧化法是先在陽(yáng)極化槽中掛上鋁板，再在鋁板上接通陽(yáng)極及以鉛板為陰極，最后再接通電流，此時(shí)將在鋁表面上生成一層氧化膜，其中養(yǎng)護(hù)膜的厚度約為5-15μm，具體可用如下化學(xué)式表示：能量，注意氧化膜的生成速度應(yīng)比其溶解速度快。此外，還應(yīng)注意如下要點(diǎn)：一是氧化膜的吸附能力極強(qiáng)，則可按需染色;二是在孔隙占比為20-30%時(shí)，氧化膜與漆膜的附著力尤其好，但因氧化膜的放置時(shí)間較長(zhǎng)，則漆膜的附著力會(huì)有所下降;三是氧化膜是直接在基體金屬上生成的，則兩者的附著力很好;四是氧化膜是一種絕緣層，即在膜厚1μm的條件下，擊穿電壓與純鋁氧化膜的電阻分別為25V和109Ω/cm2;五是氧化膜是一種耐熱達(dá)1500℃的耐熱保護(hù)層，則其導(dǎo)熱系數(shù)較低。

（二）化學(xué)氧化法

化學(xué)氧化法是在鋁金屬表面上以化學(xué)反應(yīng)的方式來(lái)生成氧化膜，則無(wú)需接通電流，其中氧化膜具有如下特點(diǎn)：一是氧化膜的厚度較薄，約為0.5-4μm;二是膜層質(zhì)軟及不耐磨，則膜層在中等碰撞時(shí)的牢固性較為適中，但在嚴(yán)重腐蝕和觸碰時(shí)，將會(huì)受到破壞，因此不得單獨(dú)使用;三是膜層的物理吸附能力較強(qiáng)，則可用作底涂層。在實(shí)際應(yīng)用中，堿性氧化法、阿洛丁和鉻酸溶液氧化法都是較為常見(jiàn)的化學(xué)氧化法，且其具有操作簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短、投入成本低、生產(chǎn)效率高、適合用在復(fù)雜的工件中及不會(huì)對(duì)鋁合金的疲勞性產(chǎn)生較大影響等優(yōu)點(diǎn)，注意與鉻酸或硫酸陽(yáng)極化膜的耐腐蝕性相比，化學(xué)氧化膜明顯較低，則不得單獨(dú)用作鋁合金的防護(hù)層，即需先涂漆。

（三）磷化底漆法

磷化底漆是鋁在磷化時(shí)形成的漆膜，其一般不得單獨(dú)用作底漆。磷化底漆的組份一主要為聚乙烯醇縮丁醛樹(shù)脂，輔以鉻酸鹽等和助劑;組份二為磷酸。在使用前，先按一定比例將組份一、二混合均勻，再噴在鋁板表面上，其中部分磷酸與鋁結(jié)合，使鋁表面與涂膜連在一起，此時(shí)涂膜既可起到防腐蝕的作用，又可與底漆結(jié)合在一起，注意磷化底漆的施工要求較高，不得馬虎。

（四）飛機(jī)鋁蒙皮表面涂層體系

為了保證飛機(jī)飛行的安全性，應(yīng)選用耐腐蝕性強(qiáng)的涂料。發(fā)展至今，飛機(jī)鋁蒙皮表面所用的面漆和底漆都應(yīng)滿足波音公司標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)。底漆應(yīng)滿足美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-P-23377，具體應(yīng)選用聚氨酯類底漆和環(huán)氧聚酰胺類底漆。其中，環(huán)氧聚氨酯類底漆對(duì)鹽霧、潮濕等環(huán)境中的腐蝕因素和飛機(jī)上的液體介質(zhì)都具有較佳的抗耐性，且其機(jī)械性能及對(duì)不同處理氧化膜的附著力較好。與此相比，雙組分聚氨酯底漆的性能也毫不遜色。飛機(jī)鋁蒙皮表面涂層的面漆主要選用雙組分脂肪族聚氨酯涂料及其應(yīng)達(dá)到美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-PRF-85285和波音公司標(biāo)準(zhǔn)BMS10-72。在選擇固化劑時(shí)，主要選用HDI縮二脲和HDI三聚體，同時(shí)在選擇羥基樹(shù)脂時(shí)，主要選用含羥基丙烯酸樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂。氟碳樹(shù)脂具有耐磨性、耐候性、耐高低溫性、耐腐蝕性和耐氧化性等優(yōu)點(diǎn)，其目前在航空涂料中的應(yīng)用關(guān)注度尤其高。

上述涂層中所用的原材料都應(yīng)滿足自身的使用標(biāo)準(zhǔn)，這可保證整個(gè)涂層體系的性能達(dá)到飛機(jī)的使用標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)上述三種涂層體系，差異主要集中在舊漆層的脫除上，其中磷化底漆涂層體系更佳。

二、飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮表面處理

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減重，高性能的復(fù)合材料在飛機(jī)蒙皮中得到了廣泛的應(yīng)用，其中以環(huán)氧碳纖維類復(fù)合材料為主，其具有耐腐蝕、耐摩擦、耐高溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電及在纖維軸方向上的強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮表面處理的目的是在成型時(shí)將粘在表面的脫模劑除去，并將其清洗干凈，從而形成一個(gè)較佳的涂漆表面。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合材料表面處理的操作要點(diǎn)如下：一是先采用人工打磨或機(jī)械打磨的方式去除脫模劑，再用溶劑清洗干凈;二是用細(xì)度一定的水磨砂紙打磨材料表面，注意力度不得過(guò)大;三是用專用清洗劑或溶劑清洗復(fù)合材料的表面;四是采用水膜連續(xù)法來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證30s內(nèi)水膜完好。復(fù)合材料表面涂層體系主要包括面漆、膩?zhàn)?、底漆和表面處理層。其中，與鋁合金蒙皮表面相比，復(fù)合材料中無(wú)金屬組分，則無(wú)需考慮金屬腐蝕問(wèn)題。

復(fù)合材料屬于水敏感性材料，則應(yīng)保證底漆層的高度致密性，以防水滲入其中;飛機(jī)的飛行環(huán)境條件惡劣，則應(yīng)選擇耐雨蝕性、耐高低溫性、耐候性、耐磨性、高柔韌性和強(qiáng)附著力的涂層，同時(shí)選擇耐候性好、交聯(lián)密度高、附著力優(yōu)和彈性形變能力強(qiáng)的聚氨酯底漆;彈性聚酯膩?zhàn)拥某煞职o(wú)機(jī)填充物和彈性聚酯樹(shù)脂，則其對(duì)聚氨酯底（面）漆的附著力較優(yōu)，從而表現(xiàn)出良好的彈性形變能力和柔韌性。

結(jié)語(yǔ)

綜上，將鋁合金和復(fù)合材料用作飛機(jī)蒙皮材料極具價(jià)值，但需對(duì)其進(jìn)行表面處理。其中，鋁合金表面處理可采用陽(yáng)極氧化、化學(xué)氧化及磷化底漆等方法，且三種方法都在飛機(jī)制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

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