试论飞机铝合金蒙皮表面处理新技术
杨晓雪
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杨晓雪,. 试论飞机铝合金蒙皮表面处理新技术[J]. 航空航天学报,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157008.
摘要: 飞机的结构复杂,在使用结构件进行现场装配工作时,要考虑到每种结构件的材质特点和飞机的实际使用需求,做好对结构件的养护处理工作。特别是针对飞机的铝合金蒙皮而言,由于金属材料容易在使用过程中出现锈蚀问题,还具有导电能力,必须要使用专业的表面处理技术,提升对蒙皮的防腐蚀、绝缘保护效果。本文当中主要对传统工艺的操作原理、优缺点进行介绍,对比新型微弧氧化技术的特点,研究在工作中推广应用新技术、新材料的价值作用,希望可以顺利解决飞机制造难题。
关键词: 飞机蒙皮;铝合金材料;微弧氧化技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157008
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在新时期飞机制造行业的发展进程中,可用于对铝合金蒙皮进行表面处理的工艺有很多,不同技术的操作难易程度、应用优势、适用条件存在差异。为满足飞机制造要求,提升蒙皮的使用性能,工作人员应积极分析各种传统工艺的应用优缺点,研究在保留这些优势的同时,合理引进新工艺的可行性。现阶段,各个企业主要推广的技术手段就是微弧氧化工艺,需要技术人员主动学习该工艺的操作技巧。

1.以往飞机铝合金蒙皮常用的表面处理工艺

1.1化学氧化技术的应用

为保证飞机蒙皮的使用质量和安全,企业在进行蒙皮加工、装配工作时,会考虑使用专业的表面处理工艺来提升蒙皮的使用性能。比如,传统工艺中最常见的就是使用化学氧化技术。原理是:通过让化学材料与铝合金蒙皮产生化学反应的方式,在表面形成一层氧化膜,为蒙皮的质量提供基本保障。这种方法的操作难度低、成本相对低廉。但成膜效果可能会受到人为因素的影响,特别是氧化膜的厚度不均匀这一问题,需要技术人员及时研究解决对策。另外,氧化膜刚硬度不足,遇到外部应力时,容易造成损伤。而且,发生化学反应的过程可能污染环境,产生有害气体,需要企业从绿色环保性和实用性角度分析是否要在新时期的飞机蒙皮处理工作中使用该方案。

1.2磷化底漆技术的应用

磷化底漆也是目前针对铝合金材质的蒙皮常用的表面处理技术,操作原理是通过在表面涂上含磷的底漆,让磷和铝合金发生反应,形成一层保护膜。不过,这种底漆在单独使用的过程中无法对蒙皮产生良好的保护效果,通常只能作为表面预处理的步骤。结合技术的使用情况来看,操作方法简单、材料粘着性良好、成膜迅速、脱漆难度也比较低,但对现场的作业环境质量有较高要求。而且,基于良好的脱漆性,可能会在飞机投入使用的过程中出现蒙皮表面底漆脱漆的问题,这会增加维修养护成本,影响飞机的正常使用。

1.3阳极氧化技术的应用

对飞机蒙皮涂层系统来说,涂漆的表面绝大部分是铝蒙皮,金属表面预处理主要是指铝板的预处理。常规的处理操作通常是为蒙皮提供防腐保护层,并提升蒙皮的刚硬度,延长使用寿命。在这个要求下,可以尝试使用阳极氧化技术。操作思路是:工件置于电解质溶液中为阳极,在外电流作用下,在其表面生成氧化膜。铝的阳极氧化膜的形成机理,是在电解池中铝作为阳极失去电子,与氧离子相结合而生成了氧化膜。虽然阳极氧化生成的膜层较厚,膜层与铝板可有效附着,但前处理和后处理要求严格,处理工序复杂且陶瓷层致密性差,在膜层脱漆处理时也较为困难。

2.飞机铝合金蒙皮表面处理新技术的基本原理及实际使用性能

2.1技术的基本操作原理

微弧氧化技术是以阳极氧化技术为基础而诞生的新型处理技术,其是将有色金属或其合金置于电解质水溶液中,利用电化学方法在金属表面产生火花放电现象,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,生成陶瓷膜层。它是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术,主要是通过在工件上施加电压,突破传统的阳极氧化电流、电压法拉第区域的限制,阳极电位电压提高,氧化电流由小电流发展到大电流,由直流发展到交流,致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电,甚至火花斑,使工件表面的金属在微等离子体的高温高压下与电解质溶液相互作用,在金属表面形成陶瓷膜,达到强化工件表面的目的。

2.2耐磨抗腐蚀性能测试

在飞机蒙皮表面处理环节中,如何依靠表面涂层的保护作用,延缓铝合金蒙皮的锈蚀速度,并提升蒙皮的抗磨损能力,就是技术人员在飞机制造阶段要探究的重点问题。以使用微弧氧化技术的方式为例,在探究相应技术、材料的使用性能时,应针对耐磨、抗腐蚀能力展开试验测试。一方面,可以通过点滴腐蚀操作,对比传统表面处理工艺和微弧氧化工艺下的飞机蒙皮抗腐蚀效果,可以选择将所得数据整理成对比表格的方式,进行直观的判断。据了解,在微弧氧化技术下,蒙皮表面形成了陶瓷层,且厚度有所增加,潮湿的空气无法与蒙皮直接接触,达到了良好的防腐蚀效果。另一方面,针对耐磨问题,可以用已经经过表面处理的蒙皮与钢球进行互磨,持续互磨一段时间后,观察蒙皮表面磨损度的真实情况,由此判断能否在新时期推广微弧氧化技术来提升蒙皮表面的耐磨性。

2.3绝缘能力测试

金属材料具有导电性特征,如果不能做好绝缘防护工作,可能会在雷雨天气下影响飞机的运行安全。因此,在使用一项新的表面处理技术为飞机蒙皮形成保护膜的过程中,必须要考虑到保护膜的绝缘性能,做好相应的性能测试工作。比如,可以选取蒙皮试样,在使用微弧氧化技术产生陶瓷膜后,对试样进行通电试验。通过不断增加电压量,观察保护膜何时会被击穿。最终试验结果是:当电压高达1200V之时,才会导致保护膜被穿透。如果保护膜厚度有所增加,则穿透膜层的电压量需要继续升高。这就充分证明了在飞机铝合金蒙皮表面使用微弧氧化技术的价值作用,需要企业积极开展技术的推广工作。

2.4硬度和稳定性测试

环境温度的变化可能会导致热胀冷缩的问题,进而出现保护层裂开、脱落的情况。所以,在引进一项新技术时,工作人员需要专项进行温度稳定性测试。关键要测试出新蒙皮防护层的耐热能力和防冻能力,结合具体参数信息,判断是否需要联合使用其他技术方法共同进行飞机蒙皮表面的处理工作。同时,防护层的硬度、密实度,都将影响实际对蒙皮的保护效果。要求工作人员在表面处理工作结束后,规范化的检测蒙皮的使用性能,达标后才能开展蒙皮的装配工作。

2.5抗拉效果测试

飞机铝合金蒙皮表面的处理工作可以依靠微弧氧化技术来完成,该技术特点是操作便利、符合环保要求、适用范围广。实际使用该技术时,注意要安排专业人员按照规定的流程完成各项操作,并要在表面形成陶瓷膜后,及时进行抗拉能力的测试。实验表明,膜层的厚度不会影响蒙皮拉伸能力的变化,同时,还能抵抗拉应力对蒙皮质量造成的不良影响。基于此,微弧氧化技术已经成为了新时期飞机制造企业进行铝合金蒙皮表面处理工作中首选的一项技术手段,在目前有着良好的应用前景。

结语:微弧氧化技术主要是通过在蒙皮表面形成陶瓷膜的方式,为蒙皮提供较高的防腐蚀能力、耐磨损能力、绝缘保护能力以及较高的刚硬度、稳定性和抗拉效果。基于该技术在新兴起过程中还有许多操作难题需要解决,飞机制造企业必须要端正技术的引进态度,主动安排人才学习技术的应用原理,及时找出蒙皮表面处理工作的注意事项,规范工作行为,将工作落到实处,真正提升飞机蒙皮的使用效果,满足飞机制造行业的创新发展要求。

参考文献:

[1]李江江,宋震,丁立群,等.民用飞机蒙皮涂层在不同表面处理状态下的性能研究[J].合成材料老化与应用,2022,51(5):8-9+43.

[2]薛玉华,张岩,李江江,等.溶胶-凝胶表面处理对飞机蒙皮涂层性能的研究[J].合成材料老化与应用,2022,51(6):8-10.

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