飛機蒙皮表面處理技術及應用研究

蔡文娟

摘要：目前，飛機蒙皮表面的主體以鋁合金和復合材料為主，兩者都具有其他材料所無法比擬的優勢。但飛機的運行環境復雜，且其對自身結構的防腐要求較高，則需對飛機蒙皮表面進行處理，以提高其抗腐蝕性及保證飛機的安全飛行。在本案，筆者分別介紹飛機鋁蒙皮與復合材料蒙皮的表面處理技術。

關鍵詞：飛機;鋁蒙皮;復合材料;表面處理

引言

飛機蒙皮的目的是保持飛機的外形不變及使其具有較佳的空氣動力特性，但在空氣動力作用下，蒙皮不僅直接接觸外界，且其受力較為復雜，則所用蒙皮材料應具備塑性好、強度高、表面光滑及抗蝕能力強等特征。據此，鋁合金和復合材料被廣泛用作飛機蒙皮材料。其中，與純鋁相比，鋁合金的機械強度更高，但耐腐蝕性有所下降，則需對飛機鋁蒙皮表面進行處理;復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、導熱、導電及在纖維軸方向上的強度較高等優點，但對由環氧樹脂和碳纖維制成的復合材料，其存在屏蔽率差和易老化等缺點，則將其用作飛機蒙皮材料時，應進行表面處理。據此，筆者分別介紹飛機鋁蒙皮與復合材料蒙皮的表面處理技術及其應用，以期提高飛機蒙皮材料的防護性能。

一、飛機鋁蒙皮表面處理

在飛機鋁蒙皮表面處理中，常用的方法包括陽極氧化法、化學氧化法及磷化底漆法。

（一）陽極氧化法

陽極氧化法是先在陽極化槽中掛上鋁板，再在鋁板上接通陽極及以鉛板為陰極，最后再接通電流，此時將在鋁表面上生成一層氧化膜，其中養護膜的厚度約為5-15μm，具體可用如下化學式表示：能量，注意氧化膜的生成速度應比其溶解速度快。此外，還應注意如下要點：一是氧化膜的吸附能力極強，則可按需染色;二是在孔隙占比為20-30%時，氧化膜與漆膜的附著力尤其好，但因氧化膜的放置時間較長，則漆膜的附著力會有所下降;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1500℃的耐熱保護層，則其導熱系數較低。

（二）化學氧化法

化學氧化法是在鋁金屬表面上以化學反應的方式來生成氧化膜，則無需接通電流，其中氧化膜具有如下特點：一是氧化膜的厚度較薄，約為0.5-4μm;二是膜層質軟及不耐磨，則膜層在中等碰撞時的牢固性較為適中，但在嚴重腐蝕和觸碰時，將會受到破壞，因此不得單獨使用;三是膜層的物理吸附能力較強，則可用作底涂層。在實際應用中，堿性氧化法、阿洛丁和鉻酸溶液氧化法都是較為常見的化學氧化法，且其具有操作簡單、處理時間短、投入成本低、生產效率高、適合用在復雜的工件中及不會對鋁合金的疲勞性產生較大影響等優點，注意與鉻酸或硫酸陽極化膜的耐腐蝕性相比，化學氧化膜明顯較低，則不得單獨用作鋁合金的防護層，即需先涂漆。

（三）磷化底漆法

磷化底漆是鋁在磷化時形成的漆膜，其一般不得單獨用作底漆。磷化底漆的組份一主要為聚乙烯醇縮丁醛樹脂，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合，使鋁表面與涂膜連在一起，此時涂膜既可起到防腐蝕的作用，又可與底漆結合在一起，注意磷化底漆的施工要求較高，不得馬虎。

（四）飛機鋁蒙皮表面涂層體系

為了保證飛機飛行的安全性，應選用耐腐蝕性強的涂料。發展至今，飛機鋁蒙皮表面所用的面漆和底漆都應滿足波音公司標準和美國軍用標準。底漆應滿足美國軍用標準MIL-P-23377，具體應選用聚氨酯類底漆和環氧聚酰胺類底漆。其中，環氧聚氨酯類底漆對鹽霧、潮濕等環境中的腐蝕因素和飛機上的液體介質都具有較佳的抗耐性，且其機械性能及對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達到美國軍用標準MIL-PRF-85285和波音公司標準BMS10-72。在選擇固化劑時，主要選用HDI縮二脲和HDI三聚體，同時在選擇羥基樹脂時，主要選用含羥基丙烯酸樹脂和聚酯樹脂。氟碳樹脂具有耐磨性、耐候性、耐高低溫性、耐腐蝕性和耐氧化性等優點，其目前在航空涂料中的應用關注度尤其高。

上述涂層中所用的原材料都應滿足自身的使用標準，這可保證整個涂層體系的性能達到飛機的使用標準。針對上述三種涂層體系，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、飛機復合材料蒙皮表面處理

為了實現節能減重，高性能的復合材料在飛機蒙皮中得到了廣泛的應用，其中以環氧碳纖維類復合材料為主，其具有耐腐蝕、耐摩擦、耐高溫、導熱、導電及在纖維軸方向上的強度較高等優點。飛機復合材料蒙皮表面處理的目的是在成型時將粘在表面的脫模劑除去，并將其清洗干凈，從而形成一個較佳的涂漆表面。在實際應用中，復合材料表面處理的操作要點如下：一是先采用人工打磨或機械打磨的方式去除脫模劑，再用溶劑清洗干凈;二是用細度一定的水磨砂紙打磨材料表面，注意力度不得過大;三是用專用清洗劑或溶劑清洗復合材料的表面;四是采用水膜連續法來進行檢驗，以保證30s內水膜完好。復合材料表面涂層體系主要包括面漆、膩子、底漆和表面處理層。其中，與鋁合金蒙皮表面相比，復合材料中無金屬組分，則無需考慮金屬腐蝕問題。

復合材料屬于水敏感性材料，則應保證底漆層的高度致密性，以防水滲入其中;飛機的飛行環境條件惡劣，則應選擇耐雨蝕性、耐高低溫性、耐候性、耐磨性、高柔韌性和強附著力的涂層，同時選擇耐候性好、交聯密度高、附著力優和彈性形變能力強的聚氨酯底漆;彈性聚酯膩子的成分包括無機填充物和彈性聚酯樹脂，則其對聚氨酯底（面）漆的附著力較優，從而表現出良好的彈性形變能力和柔韌性。

結語

綜上，將鋁合金和復合材料用作飛機蒙皮材料極具價值，但需對其進行表面處理。其中，鋁合金表面處理可采用陽極氧化、化學氧化及磷化底漆等方法，且三種方法都在飛機制造領域得到了廣泛應用。

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