飞机蒙皮表面处理技术及应用研究

蔡文娟

摘要：目前，飞机蒙皮表面的主体以铝合金和复合材料为主，两者都具有其他材料所无法比拟的优势。但飞机的运行环境复杂，且其对自身结构的防腐要求较高，则需对飞机蒙皮表面进行处理，以提高其抗腐蚀性及保证飞机的安全飞行。在本案，笔者分别介绍飞机铝蒙皮与复合材料蒙皮的表面处理技术。

关键词：飞机;铝蒙皮;复合材料;表面处理

引言

飞机蒙皮的目的是保持飞机的外形不变及使其具有较佳的空气动力特性，但在空气动力作用下，蒙皮不仅直接接触外界，且其受力较为复杂，则所用蒙皮材料应具备塑性好、强度高、表面光滑及抗蚀能力强等特征。据此，铝合金和复合材料被广泛用作飞机蒙皮材料。其中，与纯铝相比，铝合金的机械强度更高，但耐腐蚀性有所下降，则需对飞机铝蒙皮表面进行处理;复合材料是一种新型的航空材料，其具有耐腐蚀、耐摩擦、耐高温、导热、导电及在纤维轴方向上的强度较高等优点，但对由环氧树脂和碳纤维制成的复合材料，其存在屏蔽率差和易老化等缺点，则将其用作飞机蒙皮材料时，应进行表面处理。据此，笔者分别介绍飞机铝蒙皮与复合材料蒙皮的表面处理技术及其应用，以期提高飞机蒙皮材料的防护性能。

一、飞机铝蒙皮表面处理

在飞机铝蒙皮表面处理中，常用的方法包括阳极氧化法、化学氧化法及磷化底漆法。

（一）阳极氧化法

阳极氧化法是先在阳极化槽中挂上铝板，再在铝板上接通阳极及以铅板为阴极，最后再接通电流，此时将在铝表面上生成一层氧化膜，其中养护膜的厚度约为5-15μm，具体可用如下化学式表示：能量，注意氧化膜的生成速度应比其溶解速度快。此外，还应注意如下要点：一是氧化膜的吸附能力极强，则可按需染色;二是在孔隙占比为20-30%时，氧化膜与漆膜的附着力尤其好，但因氧化膜的放置时间较长，则漆膜的附着力会有所下降;三是氧化膜是直接在基体金属上生成的，则两者的附着力很好;四是氧化膜是一种绝缘层，即在膜厚1μm的条件下，击穿电压与纯铝氧化膜的电阻分别为25V和109Ω/cm2;五是氧化膜是一种耐热达1500℃的耐热保护层，则其导热系数较低。

（二）化学氧化法

化学氧化法是在铝金属表面上以化学反应的方式来生成氧化膜，则无需接通电流，其中氧化膜具有如下特点：一是氧化膜的厚度较薄，约为0.5-4μm;二是膜层质软及不耐磨，则膜层在中等碰撞时的牢固性较为适中，但在严重腐蚀和触碰时，将会受到破坏，因此不得单独使用;三是膜层的物理吸附能力较强，则可用作底涂层。在实际应用中，碱性氧化法、阿洛丁和铬酸溶液氧化法都是较为常见的化学氧化法，且其具有操作简单、处理时间短、投入成本低、生产效率高、适合用在复杂的工件中及不会对铝合金的疲劳性产生较大影响等优点，注意与铬酸或硫酸阳极化膜的耐腐蚀性相比，化学氧化膜明显较低，则不得单独用作铝合金的防护层，即需先涂漆。

（三）磷化底漆法

磷化底漆是铝在磷化时形成的漆膜，其一般不得单独用作底漆。磷化底漆的组份一主要为聚乙烯醇缩丁醛树脂，辅以铬酸盐等和助剂;组份二为磷酸。在使用前，先按一定比例将组份一、二混合均匀，再喷在铝板表面上，其中部分磷酸与铝结合，使铝表面与涂膜连在一起，此时涂膜既可起到防腐蚀的作用，又可与底漆结合在一起，注意磷化底漆的施工要求较高，不得马虎。

（四）飞机铝蒙皮表面涂层体系

为了保证飞机飞行的安全性，应选用耐腐蚀性强的涂料。发展至今，飞机铝蒙皮表面所用的面漆和底漆都应满足波音公司标准和美国军用标准。底漆应满足美国军用标准MIL-P-23377，具体应选用聚氨酯类底漆和环氧聚酰胺类底漆。其中，环氧聚氨酯类底漆对盐雾、潮湿等环境中的腐蚀因素和飞机上的液体介质都具有较佳的抗耐性，且其机械性能及对不同处理氧化膜的附着力较好。与此相比，双组分聚氨酯底漆的性能也毫不逊色。飞机铝蒙皮表面涂层的面漆主要选用双组分脂肪族聚氨酯涂料及其应达到美国军用标准MIL-PRF-85285和波音公司标准BMS10-72。在选择固化剂时，主要选用HDI缩二脲和HDI三聚体，同时在选择羟基树脂时，主要选用含羟基丙烯酸树脂和聚酯树脂。氟碳树脂具有耐磨性、耐候性、耐高低温性、耐腐蚀性和耐氧化性等优点，其目前在航空涂料中的应用关注度尤其高。

上述涂层中所用的原材料都应满足自身的使用标准，这可保证整个涂层体系的性能达到飞机的使用标准。针对上述三种涂层体系，差异主要集中在旧漆层的脱除上，其中磷化底漆涂层体系更佳。

二、飞机复合材料蒙皮表面處理

为了实现节能减重，高性能的复合材料在飞机蒙皮中得到了广泛的应用，其中以环氧碳纤维类复合材料为主，其具有耐腐蚀、耐摩擦、耐高温、导热、导电及在纤维轴方向上的强度较高等优点。飞机复合材料蒙皮表面处理的目的是在成型时将粘在表面的脱模剂除去，并将其清洗干净，从而形成一个较佳的涂漆表面。在实际应用中，复合材料表面处理的操作要点如下：一是先采用人工打磨或机械打磨的方式去除脱模剂，再用溶剂清洗干净;二是用细度一定的水磨砂纸打磨材料表面，注意力度不得过大;三是用专用清洗剂或溶剂清洗复合材料的表面;四是采用水膜连续法来进行检验，以保证30s内水膜完好。复合材料表面涂层体系主要包括面漆、腻子、底漆和表面处理层。其中，与铝合金蒙皮表面相比，复合材料中无金属组分，则无需考虑金属腐蚀问题。

复合材料属于水敏感性材料，则应保证底漆层的高度致密性，以防水渗入其中;飞机的飞行环境条件恶劣，则应选择耐雨蚀性、耐高低温性、耐候性、耐磨性、高柔韧性和强附着力的涂层，同时选择耐候性好、交联密度高、附着力优和弹性形变能力强的聚氨酯底漆;弹性聚酯腻子的成分包括无机填充物和弹性聚酯树脂，则其对聚氨酯底（面）漆的附着力较优，从而表现出良好的弹性形变能力和柔韧性。

结语

综上，将铝合金和复合材料用作飞机蒙皮材料极具价值，但需对其进行表面处理。其中，铝合金表面处理可采用阳极氧化、化学氧化及磷化底漆等方法，且三种方法都在飞机制造领域得到了广泛应用。

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