分析飞机机身零件蒙皮的维修与维护
分析机身零件蒙皮的修理与维护
1.1关于蒙皮的概述
目录
工作条件及性能要求
材料
工艺流程
热处理工艺
飞机蒙皮是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性的一层铝合金。
工作条件及性能要求
飞机蒙皮的作用是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。
材料
一般选择 LY12
技术要求：σb =390~410MPa，σ0.2 =255~265MPa，δ5 ≥15％。
工艺流程
轧板→退火→清理→固溶处理→拉伸成型→时效→机械加工→表面处理。
热处理工艺
495~503℃，0.4h 水冷，室温96h 以上。
民用飞机蒙皮腐蚀研究 王在俊 （中国民航飞行学院民航飞行技术与飞行安全科研基地四川广汉６１８３０７） 摘 要：统计民用飞机蒙皮油漆涂层和基体材料腐蚀的种类，分析其腐蚀机理。提出 飞机蒙皮腐蚀过程为：表面油漆涂层的老化破坏，环境中的腐蚀介质渗透铝合金表面的氧化膜 层到达基体材料，然后基体材料出现点腐蚀坑，再进一步发展为其它腐坑.
概述 飞机蒙皮受到面漆＋底漆＋阳极氧化层的保 护具有良好的保护效果，不易产生腐蚀。但随着 服役时间的增加，飞机蒙皮上发现不同程度的腐
蚀。本文对民用飞机蒙皮腐蚀形式进行统计并分 析其产生机理。 ２油漆层 ２．１失效形式 蒙皮表面的油漆层受到光照、温度、湿度、活 性阴离子等多因素影响，造成了蒙皮表面有机涂层 的老化、龟裂、局部脱落等现象，图ｌ所示。 （ａ）涂层表面鼓泡 呻国民航飞行学院科研基金资助项目（Ｊ２００８４６，Ｊ２００９４４） （ｂ）涂层表面残留盐粒 （ｃ）部分脱落的涂层表面
飞机蒙皮修理补片对气动特性的影响分析
众所周知,在现代战争中,飞机战伤抢修,是弥补航空兵部队战争损耗、补充战斗实力和保持持续作战能力最直接、最有效、最经济的途径[1],是战斗力“倍增器”,因而也是现代高技术条件下局部战争中的一个重要研究课题。飞机战伤抢修涉及到许多方面,以飞机蒙皮的抢修为例,在战伤抢修中,具有一定厚度、面积及几何形状的修理补片,势必改变飞机局部外形,从而对飞机气动特性产生影响,因此必须对其影响程度,事先进行理论的量化分析计算,以便给战伤抢修规范的制定、战时修补工艺及飞机战伤抢修后的实际飞行,提供直接而科学的参考依据,提高维修保障性、安全可靠性、快速机动性和战斗效能,取得事半功倍的效
果。正是基于这些考虑,本文以某型战斗机为例,计算分析了飞机机翼蒙皮战伤修理后,修理补片对飞机气动特性和气动载荷的影响问题。
飞机蒙皮表面处理新技术
用在不能进行阳极化或化学氧化的部件，如飞机表面涂层的返修重涂涂料时采用磷化底漆。磷化底漆使用简便，有优良的附着力，成膜性好、干燥快、脱漆性好，但对施工条件要求高。 3 微弧氧化技术及陶瓷层性能在阳极氧化基础上发展起来的微弧氧化技术，又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，是将AL、Mg、Ti等有色金属或其合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法在金属表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，生成陶瓷膜层的方法[5]。它是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术，其主要方式是通过在工件上施加电压，突破传统的阳极氧化电流、电压法拉第区域的限制，阳极电位由几十伏提高到几百伏，氧化电流由小电流发展到大电流，由直流发展到交流，致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电，甚至火花斑等现象，使工件表面的金属在微等离子体的高温高压下与电解质溶液相互作用，在金属表面形成A1203陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。铝合金材料的微弧氧化过程的突出特点是：(1)与许多表面强化工艺相比，微弧氧化工艺设备简单，反应在常温下进行。在加工的过程中，不产生有害气体，残液排放符合环保要求。除了处理铝及铝合金材料之外，还可处理钛、镁、铌等金属，对黑色金属的强化处理也有很大进展；（2）大幅度提高了铝合金材料的表面硬度。具有良好的耐磨、耐热、绝缘、抗腐蚀性能。这从根本上克服了铝合金材料在应用中的缺点，因此该技术有广阔的应用前景[6]。 3.1 耐蚀性文献7参照硫酸、铬酸阳极氧化膜评定标准，对未经处理的和经微弧氧化处理的试样进行点滴腐蚀实验。点滴实验所用的溶液成分为：盐酸(1.19g/cm3)25mL、重铬酸钾3g、蒸馏水75mL、溶液pH值为1～2。评定标准为表面液滴开始变绿所需的时间，实验结果如表1。表1 点滴腐蚀实验结果试样膜厚/μm 表面液滴开始变绿时间/min LY12铝合金圆片未经微弧氧化处理 30s LY12铝合金圆片 4.5 10 LY12铝合金圆片 15 20 LY12铝合金圆片 25 35 而氧化时间为40min的普通工业级阳极氧化膜,在点滴腐蚀实验6min后表面开始变绿。可知微弧氧化处理后，试样的耐腐蚀性得到了较大的提高，且随着膜厚的增加，膜层中致密层的厚度也不断变大，耐腐蚀性会得到进一步提高。也有文献将制得的氧化膜经过3000h中性盐雾试验后，氧化膜表面未发现腐蚀坑，也未见任何腐蚀痕迹
。 3.2 耐磨性资料表明[8]，铝合金材料经过微弧氧化表面改性处理后，涂层的表面磨损外观比较均匀，并且磨损痕迹也比较轻微，而未经过微弧氧化处理的基材样品，其磨损状况就出现了“犁沟”现象。图1和图2为LY12铝合金表面微弧氧化膜与45Cr钢球对磨时轮廓形貌和摩擦系数随实验时间的变化。由于两种材料弹性变形和塑性变形的高温稳定性，二者进行的是磨料磨损，初始摩擦因数比较高，达到0.7左右，随后稳步下降，逐渐达到平稳状态，此时摩擦因数在0.48 左右，体积磨损率约为8.1×10 -8mm3/Nm，耐磨性能极.为优异。国外对微弧氧化膜的研究表明，微弧氧化膜具有优良的摩擦磨损特性，其耐磨性可与硬质合金相媲美。图1 陶瓷球对磨时的轮廓形貌图2 陶瓷球对磨时的摩擦系数 3.3 绝缘性绝缘性能提高的根本原因是陶瓷层厚度和致密性的增加。通过实验，在适当工艺参数控制下，微弧氧化陶瓷层的击穿电压可达1200V，且随膜层增厚和致密性提高而增大。 3.4 热分析实验表明，300μm厚的耐热层在一个大气压下可承受3000℃的高温，在100大气压下的气体介质中，承受6000℃的高温达2s，微弧氧化得到的陶瓷层与基体结合牢固，不会因急冷急热在基体与覆层之间产生裂纹[6]。 3.5 硬度与结合力铝合金微弧氧化膜硬度很大，远高于阳极氧化铝层，其致密层显微硬度可达800～1700 HV，具有很强的负载支持能力。从氧化膜的表层到基体，其断面显微硬度值先增大后减小[9]，硬度的数值在膜/基体界面处逐渐过渡，具有缓冲作用，使软基体与硬质膜具有很强的结合力。 3.6 强度及疲劳性能 3.6.1 抗拉强度以LY12-CZ铝合金为实验材料，对陶瓷层的强度性能进行了初步探讨，试件尺寸为200mm×30mm ×2mm，陶瓷层的厚度分别为0μm（表面阳极化）、15μm、20μm、25μm。对于微弧氧化处理试样和未处理试样，强度性能和延伸率相当一致。这表明：在膜层较薄时，试样表面微弧氧化处理对铝合金材料的拉伸性能没有明显影响，不随膜厚的变化而改变。其静载数据如表2。这一结果可以解释如下：材料的拉伸强度反映的是整体试样的宏观力学行为，取决于试样的整体组织结构，而在本试验条件下，微弧氧化处理只改变了试样表层几个微米深度的组织结构，其所产生的影响不会超出试验数据的波动范围(约为3%～5%)。此外，这一结果同时说明，由微弧氧化处理使材料表层快速加热和冷却，而导致试样表层产生的残余应力，其应力水平明显低于材料的弹性极限，并未破坏整体材料的应力平衡，不会对材料的宏观强度性能产生不良影响。表2 试样静拉伸数据膜层厚度/μm 最大载荷/N 抗拉
强度σb /MPa延伸率/% 0 12210 407 23.0 15 12340 411.33 23.6 20 12256 408.53 22.6 25 12221 407.37 24.0 3.6.2 疲劳性能文献[10]对微弧氧化处理试件的疲劳特性进行了研究，结果表明：膜厚为15μm、20μm的试件的平均循环次数分别提高19.8%、24.4%（与阳极化比较），膜厚为25μm的试件的平均循环次数降低14.6%。可知，随着膜层厚度的增加，疲劳特性先提高后降低，膜厚有一极限值，大于极限值疲劳特性降低。从断口图片观察，膜层为15μm、20μm的试件疲劳断裂后断口膜层与基体结合紧密，膜厚为25μm的试件疲劳断裂后断口膜层部分脱落，说明膜层厚度有一极限值，大于极限值，试件疲劳后膜层与基体结合不紧密，容易脱落。 4 结论飞机防护涂层对抵抗环境对结构的腐蚀非常重要。涂层的防腐效果取决于本身的抗老化性能、力学性能及涂层与金属基体的附着力。一般涂层难以全部满足这3种性能要求。现役飞机所采用的涂层体系防腐效果比较差，这是飞机结构产生严重腐蚀的根本原因之一。目前我国沿海和内陆湿热地区服役的主要机种都存在不同程度的涂层老化失效，及由此引起的基体结构腐蚀问题严重地影响着飞机的安全飞行、经济维修和使用寿命。因此研发抗环境老化品质优良、耐腐蚀的防护涂层，并将推广应用于飞机结构中，是当前军用飞机抗腐蚀研究和延长日历寿命亟待解决的关键技术。飞机防护涂层体系由表面预处理、底漆、面漆组成。一直以来，人们致力于防腐涂料的研发，如研发了纳米复合涂料。微弧氧化技术是一项新型的铝合金表面改性技术，它把氧化铝的陶瓷性能与铝合金的金属性能结合起来，使材料具有更加优良的物理化学性能，为把此技术应用于军用飞机结构件的表面预处理上的可能性奠定了基础。此技术的成功应用也将是飞机防护涂层体系的革新。
参考文献1 徐大雄，虞文胜. 航空材料[M]. 海潮出版社，2004（3）： 69～84 2 薛文斌，邓志威，等. LY12铝合金微弧氧化的尺寸变化规律[J]. 中国有色金属学报，1997，7（3）：140～143 3 何鼐,雷骏志,华信浩. 航空涂料与涂装技术[M]. 化学工业出版社，2000（1）：176～221 4 赵鹏辉，左禹. 铝阳极氧化膜腐蚀行为的研究[D]. 北京化工大学硕士学位论文，2001（5）：1～4 5 T.B. Van, S.D. Brown and G. P. Wirtz. Mechanism of Anodic Spark Deposition[J]. J.Am. Ceram. Soc,1977，56（6）：563～566 6 袭建军，辛铁柱，罗晶，等. 铝及铝合金微弧氧化技术的特点及应用[J]. 航天制造技术，2002，8（4）：44～47 7 张欣宇，石玉龙，方明. 微弧氧化陶瓷膜的性能研究[J]. 电镀与涂饰，2002，21（6）：1～4 8 李金富，方克明，熊仁章，等. 铝合金微弧
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