飛機鋁合金蒙皮表面激光脫漆試驗對比研究

2020-08-28 09:04:18董俊汪定江肖堯

中國設備工程 2020年16期

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展，它被廣泛應用于各個領域，如醫學、通信和工業等。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、超聲波清洗等傳統方法相比，有很多優點：產生的廢料易處理，降低環境污染；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、漆層與基材的結合力的影響，解決部隊內、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，為新型戰機雷達吸波涂層在內、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方向。

1 激光脫除工作原理

激光脫除涂層實質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。激光脫除系統的結構框圖如圖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，并被汽化形成的氣流帶動離開基體物質而達到脫除的目的。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與涂層對激光吸收率差別不大，或是涂層受熱會產生有毒物質等情況的脫除。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生干涉，從而產生高能共振波，使涂層發生微小爆裂，脫離基體表面。

圖1 激光脫除系統示意圖

2 激光脫漆與溶劑脫漆對比試驗分析

2.1 試驗背景

飛機蒙皮脫漆國內一般采用有機溶劑的方法，現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范》進行前期處理，處理完成后按照XX206-2014《環氧漆的涂覆工藝》規定噴涂H06-27環氧酰胺底漆，底漆噴涂完成后按照XX303-2013《聚氨酯漆的涂覆》規定噴涂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范》?！傲怼薄霸笔欠謩e兩個爐批號，但規格、材料牌號、狀態相同，“另”板單面噴漆、“原”板雙面噴漆?！傲?”“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。在涂層系統經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，檢查結果取三個結果的平均值，最后，對兩組試片進行電導率數據對比。

（5）漆層結合力試驗?！癢E204992”批號在使用溶劑脫漆和激光脫漆后，根據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合力。涂層結合力對編號為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，對每個檢測試片結果進行評級。

2.3 試驗結果

（1）外觀及絕緣電阻檢查。經過硫酸陽極化后的試板顏色為淺黃色，如圖2；經過溶劑脫漆后的試板顏色基本無差別，如圖3右，而經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 經過硫酸陽極化后的試板

圖3經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：試樣經過硫酸陽極化后，噴涂H06-27環氧聚酰胺底漆，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據；環境溫度：24℃；試驗方法：GB/T228-2002；試驗結果見表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：試驗經過硫酸陽極化后，噴涂環氧酰胺底漆，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；環境溫度：20℃；試驗方法：10AS371-2013；試驗結果見表6、7。