飛機涂層體系脫落分析及防護建議

李巖 張秀麗 王猛 劉紅艷

一、引言

飛機涂層體系因兼具特殊的成分與功能，具有使用方便、操作簡單、不受幾何形狀限制等優勢，目前已迅速發展成為應用廣泛的新型材料。在新型戰機及其核心部件的設計制造中，已衍生出多種類型的特種涂層，例如在傳統涂料中摻雜功能粒子而制成的吸波涂層體系，在美、德等國飛機上已有成熟應用;還有能夠滲入結構縫隙將水分子置換出來，從而延緩腐蝕的重防腐特種涂層，目前國內沿海地區也已廣泛應用。但由于缺乏配套的維修工藝和日常維護措施，在實際應用中多次出現分層、開裂或局部脫落等現象，對機械運轉及裝備運行安全造成不良影響。

二、典型案例

A飛機飛行前檢查發現，進氣道內唇口上部夾角處出現涂層開裂分層現象。

B飛機地面試車時發動機葉片損傷，檢查發現雷達罩后緣與機體對縫處、前護板以及進氣道前端兩種涂層交接處特種涂層出現初始分層缺陷，如圖1所示，在進氣氣流的作用下發生脫落，進入發動機流道，導致發動機損傷。

C飛機試車后檢查發現，進氣道內環控系統方形散熱器防護格柵邊緣多處涂層脫落。

上述飛機的起落數與飛行強度見表1所示。

三、涂層脫落分析

1、涂層脫落情況

涂層體系的脫落多集中在機件邊緣或對縫處，以及涂層變化、涂層修補等不同涂層體系交接的部位。脫落方式從底部涂層與飛機蒙皮基底的結合面開始分層，然后隨著飛機運行及氣流作用逐漸擴展，發展為裂紋及掉塊，形成涂層體系的缺陷，進而形成一定面積的脫落。脫落的面積與飛機的飛行強度有關，飛行強度越大、起落數越多，脫落的面積越大。

2、脫落機理分析

由涂層體系的脫落情況可以看出，涂層的脫落主要表現在結構變化劇烈的非平面區域的邊緣性脫落和涂層體系發生變化的部位易產生的非邊緣性脫落。

（1）邊緣性脫落

從結構方面分析，在飛機運行期間承受著巨大的氣流沖擊力和摩擦力，在夾角或機件邊緣、對縫處等邊緣區域因能量分布不均勻，會出現局部熱量集中。由于涂層體系與基底的熱膨脹系數差異較大，各涂層和基底在受熱和受力的作用下，局部發生不同程度的膨脹和形變。隨著飛行時間的累積，涂層體系的膨脹和形變程度不斷擴大，演變為裂紋，而在裂紋的邊緣和根部產生應力集中，最終產生掉塊，形成涂層體系的邊緣性脫落。邊緣性脫落機理見圖1。

（2）非邊緣性脫落

從涂層體系講，蒙皮表面因功能及使用要求而涂裝多種復雜的涂層體系，不同體系組分的性能及厚度要求不同。根據使用需求，還會對小面積脫落的的涂層進行修補。在兩種涂層體系交接部位存在厚度逆差和工藝分離面。飛行時，在高速氣流的沖刷作用下，各漆層由交接部位或工藝分離面開始產生剝離，進而形成涂層體系的缺陷。隨著飛行強度的積累逐層脫落。此外，由于底部涂層與蒙皮基底的結合，對光潔度要求較高，對大面積的整機清洗難以滿足，導致底部涂層與基材的附著力不佳，在氣流沖刷及氣動力振動的綜合作用下，而出現分層，最終演化為非邊緣性脫落。非邊緣性脫落機理見圖2。

四、防護措施及改進方向

通過上述機理分析可知，在飛行過程中對氣流的純凈度要求極高，任何多余異物均會給裝備運轉帶來隱患。因此，針對不同形式的涂層體系脫落，要采取不同的預防、防護和改進方式。

對于邊緣性脫落，需要在結構變化劇烈的邊緣區域增加防護涂層，強化其基底結合力，或改用結合力較好的底漆涂料。但要從根本上預防邊緣性脫落，還需從結構和材料的角度進行改進優化，利用空氣動力學原理改進結構設計，改變氣流沖擊的能力分布。同時，對涂層體系中的各種漆進行改性，使不同涂料之間的熱膨脹系數與基地接近或保持統一，從而減少邊緣性脫落出現的可能。

對于非邊緣性脫落，則要從工藝著手，對基體表面進行徹底的清洗，提高基底的光潔度，促進涂層體系附著力的加強與附著力梯度的協調。在不同體系的交接部位，應增加各漆層的交叉重疊面積，從而提高交接部位對強氣流作用的抵御能力。此外，涂裝后的潤濕處理，以及通過工藝試驗控制工藝分離面的形狀與范圍，都是改善工藝結合面的結合力，預防發生非邊緣性脫落的有效手段。