飛機(jī)鋁合金蒙皮表面激光脫漆試驗(yàn)對(duì)比研究

董俊，汪定江，肖堯

（空軍工程大學(xué)航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校航空修理工程系，河南 信陽(yáng) 464000）

隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，它被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、通信和工業(yè)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(lǐng)域中，激光清洗與機(jī)械刷磨、化學(xué)試劑、超聲波清洗等傳統(tǒng)方法相比，有很多優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生的廢料易處理，降低環(huán)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(gè)非常重要的課題，尤其是對(duì)清洗機(jī)理的研究，其物理機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。作者在前人的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步研究，通過(guò)理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù)手段，研究激光脫漆對(duì)材料的力學(xué)性能、電導(dǎo)率、漆層與基材的結(jié)合力的影響，解決部隊(duì)內(nèi)、外場(chǎng)條件下飛機(jī)蒙皮脫漆過(guò)程中效率低、成本高、易損傷部件等問(wèn)題；同時(shí)，為新型戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)吸波涂層在內(nèi)、外場(chǎng)維修條件下的維修保障和損傷修復(fù)提供新的技術(shù)支持和新的開(kāi)發(fā)方向。

1 激光脫除工作原理

激光脫除涂層實(shí)質(zhì)上是利用激光與涂層相互作用效應(yīng)的一項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)激光照射到涂層表面時(shí)，激光的光能轉(zhuǎn)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

一般而言，激光脫除涂層機(jī)理分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是利用涂層與基體對(duì)某一波長(zhǎng)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(fā)，并被汽化形成的氣流帶動(dòng)離開(kāi)基體物質(zhì)而達(dá)到脫除的目的。其要求是基體材料對(duì)激光能量的吸收率要低，這樣才不會(huì)損傷到基體材料。另一類(lèi)是對(duì)于基體物質(zhì)與涂層對(duì)激光吸收率差別不大，或是涂層受熱會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)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(zhuǎn)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(fā)生干涉，從而產(chǎn)生高能共振波，使涂層發(fā)生微小爆裂，脫離基體表面。

圖1 激光脫除系統(tǒng)示意圖

2 激光脫漆與溶劑脫漆對(duì)比試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)背景

飛機(jī)蒙皮脫漆國(guó)內(nèi)一般采用有機(jī)溶劑的方法，現(xiàn)有全新脫漆工藝方法——激光脫漆，為了確定其對(duì)材料的力學(xué)性能、電導(dǎo)率、漆層與基材的結(jié)合力的影響，特對(duì)溶劑脫漆與激光脫漆后的蒙皮鋁板進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)底、面漆

表2 鋁板

表3 “原（37311）、WE204992批號(hào)鋁板材料力學(xué)性能

2.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)用底、面漆（見(jiàn)表1）與鋁板（見(jiàn)表2），板材性能見(jiàn)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(yáng)極化工藝規(guī)范》進(jìn)行前期處理，處理完成后按照XX206-2014《環(huán)氧漆的涂覆工藝》規(guī)定噴涂H06-27環(huán)氧酰胺底漆，底漆噴涂完成后按照XX303-2013《聚氨酯漆的涂覆》規(guī)定噴涂S04-21/81白色聚氨酯磁漆面漆，噴涂完成后，進(jìn)行激光脫漆和溶劑脫漆，對(duì)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(jī)涂層的退除工藝規(guī)范》?！傲怼薄霸笔欠謩e兩個(gè)爐批號(hào)，但規(guī)格、材料牌號(hào)、狀態(tài)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(xiàn)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(xiàn)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?yàn)殇X板的橫向。切割試驗(yàn)用材料時(shí)，采用冷加工方法進(jìn)行，試樣尺寸按照HB5143-96《金屬室溫拉伸試驗(yàn)方法》。

（3）屈服拉伸試驗(yàn)。在涂層系統(tǒng)經(jīng)過(guò)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(jìn)行屈服強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)，記錄相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率，對(duì)原1、原2、另1、另2兩組試樣的結(jié)果分別進(jìn)行對(duì)比。

（4）電導(dǎo)率檢查。原1、原2、另1、另2進(jìn)行屈服強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)后，每片試片上取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，檢查結(jié)果取三個(gè)結(jié)果的平均值，最后，對(duì)兩組試片進(jìn)行電導(dǎo)率數(shù)據(jù)對(duì)比。

（5）漆層結(jié)合力試驗(yàn)?！癢E204992”批號(hào)在使用溶劑脫漆和激光脫漆后，根據(jù)材料處理方式進(jìn)行底漆和面漆噴涂，噴涂完成后，按照BSS7225中2型3類(lèi)濕膠帶試驗(yàn)方法檢測(cè)漆層結(jié)合力。涂層結(jié)合力對(duì)編號(hào)為1-1-8的激光脫漆試片和2-1-8的溶劑脫漆試片進(jìn)行涂層結(jié)合力的檢測(cè)，檢測(cè)按照BSS7225中2型3類(lèi)濕膠帶試驗(yàn)方法進(jìn)行，對(duì)每個(gè)檢測(cè)試片結(jié)果進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）外觀(guān)及絕緣電阻檢查。經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極化后的試板顏色為淺黃色，如圖2；經(jīng)過(guò)溶劑脫漆后的試板顏色基本無(wú)差別，如圖3右，而經(jīng)過(guò)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(cè)量均不導(dǎo)電，即激光脫漆、溶劑脫漆后表面陽(yáng)極化層均完好。

圖2 經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極化后的試板

圖3經(jīng)過(guò)激光脫漆和溶劑脫漆后的試板

（2）屈服拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備：靜強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)機(jī)；試驗(yàn)狀態(tài)：試樣經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極化后，噴涂H06-27環(huán)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(cè)激光脫漆和溶劑脫漆后試件的屈服拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)；環(huán)境溫度：24℃；試驗(yàn)方法：GB/T228-2002；試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，表5。

表4 “原”板溶劑脫漆與激光脫漆力學(xué)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率幾個(gè)性能值上沒(méi)有明顯變化。

（3）電導(dǎo)率檢測(cè)。試驗(yàn)設(shè)備:sigmatest2.069電導(dǎo)率；試驗(yàn)狀態(tài)：試驗(yàn)經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極化后，噴涂環(huán)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(cè)激光脫漆和溶劑脫漆后試片的電導(dǎo)率。在屈服拉伸試驗(yàn)完成的試樣上測(cè)試相應(yīng)的電導(dǎo)率；環(huán)境溫度：20℃；試驗(yàn)方法：10AS371-2013；試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6、7。

表5 “另”板溶劑脫漆與激光脫漆力學(xué)性能

表6 “原”板溶劑脫漆與激光脫漆電導(dǎo)率 單位：%IACS

表7 “另”板溶劑脫漆與激光脫漆電導(dǎo)率 單位：%IACS

從表6、7的數(shù)據(jù)可以看出，溶劑脫漆與激光脫漆后的試片平均電導(dǎo)率值沒(méi)有變化。

（4）涂層系統(tǒng)結(jié)合力試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)狀態(tài)：試驗(yàn)經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極化后，噴涂環(huán)氧酰胺底漆，噴涂完成后，分別采用激光脫漆及溶劑脫漆，脫漆后再次噴涂環(huán)氧酰胺底漆，對(duì)比經(jīng)激光脫漆和溶劑脫漆后在噴涂底漆的試片的涂層結(jié)合力；

環(huán)境溫度：22℃；試驗(yàn)方法：BSS7225。

試驗(yàn)前對(duì)溶劑脫漆和激光脫漆試片噴涂后的涂層厚度進(jìn)行測(cè)量，在溶劑脫漆和激光脫漆后的，試片涂層厚度為26～32um。

在經(jīng)過(guò)涂層結(jié)合力試驗(yàn)后，溶劑脫漆后，在噴涂底漆的試板試驗(yàn)表現(xiàn)出脫落情況（見(jiàn)圖4）現(xiàn)象比較普通。而經(jīng)過(guò)激光脫漆的試板涂層結(jié)合力試驗(yàn)表現(xiàn)良好（見(jiàn)圖5）較為統(tǒng)一，沒(méi)有試板出現(xiàn)涂層脫落情況。在涂層結(jié)合力方面，激光脫漆優(yōu)于溶劑脫漆。

圖4 溶劑脫漆涂層結(jié)合力脫落表現(xiàn)

圖5激光脫涂層結(jié)合力表現(xiàn)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝試驗(yàn)分析表明：激光脫漆后，硫酸陽(yáng)極化層顏色變淡，溶劑脫漆與激光脫漆硫酸陽(yáng)極化層均完好；激光脫漆與溶劑脫漆試片的電導(dǎo)率值沒(méi)有變化；溶劑脫漆與激光脫漆后材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率實(shí)測(cè)值變化變化不明顯，均符合GJB2053A-2008；激光脫漆后，重新噴涂底漆面漆試片的結(jié)合力優(yōu)于溶劑脫漆。