CN110234838A - 用于分离接合至复合材料元件的金属元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使接合至碳‑环氧树脂型的复合材料部件(2)的金属部件(3)的至少一部分分离的方法，包括弱化金属部件(3)和复合材料部件(2)之间的接合界面的步骤。将该金属部件(3)和复合材料部件(2)电连接至直流电压发生器，使得向这两个部件施加电势差以在接合界面中产生局部放电从而弱化该接合界面。

Description

用于分离接合至复合材料元件的金属元件的方法
技术领域
本发明涉及一种飞行器发动机(例如双轴涡轮喷气发动机)的风扇叶片，该风扇叶片包括接合了金属前缘的由复合材料制成的叶片主体。
背景技术
由于风扇在发动机前端入口的位置上，该风扇暴露在与固体异物(例如冰或鸟)进入发动机有关的冲击之下。
由于复合材料(例如碳-环氧树脂)的抗性并不适于此类冲击，由复合材料制成的扇叶通常包括由复合材料制成的叶片主体，由金属材料(例如钛基合金)制成的前缘接合至该叶片主体。
钛合金对于冲击具有更好的抗性，因此使得此类叶片能够更好地抵抗主要发生在其前缘上的异物的冲击，同时其主要由复合材料形成以呈现相适应的整体机械强度和质量。
实际上，钛前缘通过接合固定到由复合材料制成的叶片主体的前缘。在一些情况下，在接合之后需要拆卸前缘和叶片。
在制造期间会发生这种没有正确接合的情况，因此必须重新接合。当劣化的金属前缘需要更换时，拆卸操作也会发生在叶片的使用寿命期间发生，而由复合材料制成的叶片主体处于令人满意的状态。
在该领域，专利文件FR2992243B1和FR3025735A1提供了一种通过激光冲击和压缩将前缘与承载其的叶片主体分离的分离方法。
也可以设想通过以下方式进行冷处理，寻找薄弱的接合区域：通过温差在叶片主体和所接合的前缘之间产生温度差、通过对前缘或复合材料形成的叶片主体进行化学溶解、或通过复合材料所制成的叶片主体或前缘的磨损。
上述解决方案迄今为止还未令人满意，因为首先没有得到前缘、其次没有得到完好无损的复合材料部件；本发明的目的在于寻找一种用于对包括复合材料体和接合在其上的金属前缘的叶片进行拆解的替代解决方案。
发明内容
为此，本发明的目的是一种对接合至碳-环氧树脂型的复合材料部件的金属部件的至少一部分进行分离的方法，该方法包括弱化金属部件和复合材料部件之间的接合界面的步骤，其中，将金属部件和复合材料部件电连接至直流电压发生器，使得在这两个部件上施加电势差以在接合界面处产生局部放电从而弱化该接合界面。
采用该解决方案，可以在不需要使金属部件变形或降解的情况下，通过机械或热力或者通过化学侵蚀的方式将该金属部件从其所接合的复合材料部件上分离。
本发明还涉及一种上述限定的方法，其中，复合材料部件是叶片主体，金属部件是接合在该叶片主体上的前缘，并且其中，叶片主体包括根部，该叶片主体通过该根部与电压发生器电连接。
本发明还涉及一种上述限定的方法，包括安装防护装置，该防护装置由环绕叶片根部的电气绝缘材料制成以形成电绝缘挡板，该电绝缘挡板在前缘和叶片根部之间延伸以防止在叶片根部和金属前缘之间出现电弧。
本发明还涉及一种上述限定的方法，其中，防护装置是电绝缘的弹性体，该弹性体包括一中心开口，该中心开口被布置成通过围绕叶片根部来容置该叶片根部。
本发明还涉及一种上述限定的方法，其中，防护装置包括连接在一起以环绕叶片根部的两个互补的部件。
本发明还涉及一种上述限定的方法，包括预先对叶片根部的表面进行金属化操作以向构成叶片主体的复合材料的大部分纤维施加电压。
本发明还涉及一种上述限定的方法，其中，所述金属化通过冷等离子体沉积铜、铝、银或金的金属层来实现。
本发明还涉及一种如此限定的方法，其中，所述金属化通过在叶片根部上应用铜或铝接合带以将叶片根部连接至电压发生器来实现。
本发明还涉及一种上述限定的方法，其中，弱化所述接合界面的步骤在如加压氮的电绝缘流体内实施。
附图说明
图1是包括由复合材料制成的主体的叶片的侧视图，金属前缘接合在该主体上；
图2是包括由复合材料制成的主体的叶片的侧视图，使用电连接根部和前缘的方法将金属前缘接合在该主体上。
图3是包括由复合材料制成的主体的叶片的侧视图，使用电连接根部、前缘和环绕根部的防护装置的方法将金属前缘接合在该主体上。
图4是示出将金属前缘从由复合材料制成的叶片主体分离的侧视图。
具体实施方式
在图1中，涡轮喷气发动机的由复合材料制成的风扇叶片1包括由复合材料(例如碳-环氧树脂型的复合材料)制成的主体2，金属前缘3通过接合固定到主体2上，在这个示例中该前缘由钛基合金制成。
主体2包括根部4或基底，主体通过该根部或基底固定至电机的转子元件上，并且叶片主体的复合材料纤维在该根部或基底终止，其末端齐平。
本发明的基本概念在于在金属前缘和由复合材料制成的叶片主体之间建立持续的电势差，以在这两个元件之间产生局部放电，换句话说，在形成它们的界面的接合处产生局部放电以劣化该接合界面。
为建立该电势差，金属前缘2和叶片根部4各自连接至直流电压发生器(未示出)。
为实现上述目的，将叶片1的根部4金属化以在碳纤维开始的根部表面上沉积金属层6，从而确保向形成叶片主体的碳纤维的绝大部分施加电压。
可以通过应用市场上可用的铝或铜接合带来实现上述金属化，所需要的接合膜仅提供可忽略不计的电阻。也可以通过冷等离子体沉积金属化的方式形成铜、铝或金的金属沉积物来实现上述金属化。
如图2所示，接着通过电连接将电极7连接至金属化表面6。通过将直流电压发生器连接至负极端子，将该电极7连接至电压发生器的端子可以因此使叶片主体2的碳纤维的绝大部分处于相同的电势。
考虑到金属前缘3，图2中由记号8标示的电极被接合或铜焊至该前缘。该电极可以包括部分9，该部分沿着该前缘的整个长度延伸并被接合或铜焊至该前缘上，垂直于前缘的末端11延长，并且将被连接至电压发生器的正极端子。可替选地，可以直接在前缘上应用鳄口夹以夹紧该前缘，并将该鳄口夹连接至直流电压发生器的正极端子。
此外，在图3中由记号12标识了电绝缘材料制成的防护装置，将该防护装置添加至叶片根部上以环绕该根部。该防护装置12被布置成形成电绝缘挡板，该电绝缘挡板被设计成防止在叶片根部4的金属化表面6和前缘的最靠近该根部的末端13之间形成电弧。
有利地，由柔性材料(例如硅弹性体或聚氨酯)制造的该防护装置12形成一壁，该壁被布置成增大电弧从叶片根部4行进至前缘3的末端13的距离。该防护装置还可由脂环族环氧树脂、云母/硅、云母/环氧树脂材料或任意其他合适的材料制造。
在图3的示例中，该防护装置12包括底壁14，该底壁通常具有椭圆形的外轮廓并且包括中心开口，该中心开口被设计成使叶片根部4可以穿过它。当该防护装置如图3设置时，其形成介于金属化表面6和金属前缘3之间的电绝缘分隔区。
选择柔性材料用于该防护装置使得能够在叶片根部周围施加压力以便夹紧该防护装置并且提供叶片根部和前缘之间的电绝缘。
由于该防护装置，使得在图3中由虚线Ch所示的在金属化表面6和前缘3之间形成的电弧的最短路径必然要绕过壁14。因此该路径Ch明显比将金属化壁6从前缘的金属前缘的末端13分离的距离更长。
如图3所示，防护装置12的底壁14的上表面支承由记号16和17标示的两个同心的圆周壁，它们各自环绕叶片根部4。类似地，防护装置12的下表面支承由记号18和19标示的同类型的两个其他的壁，它们也是同心的并环绕金属化表面6和从该金属化表面6突出的电极7。
壁16的形状像闭合的条带，其环绕根部4并且在与支承自身的底壁14的上表面垂直的方向上延伸。壁17环绕成与壁16具有相同的形状。壁18和19分别是相对于底壁14的通常是平坦的表面对称的壁18和19，壁18和19甚至还可以延长分离叶片根部和前缘的路径。
该防护装置12可以由两个彼此嵌套的互补的部件形成，以通过在根部周围形成电绝缘挡板来夹紧该防护装置。
当已准备待处理的叶片1时，换句话说，当已对叶片根部的下表面6进行金属化、将电极7固定在该下表面上并将电极8固定在前缘3上以待电连接时，在对该叶片1应用该处理之前将防护装置12安装在根部4周围。
然后将前缘3的电极8连接至电压发生器的正极端子，例如使用鳄口夹将叶片主体的电极7连接至电压发生器的负极端子。
然后控制电压发生器以将所施加的电压增大至可以在前缘和叶片主体之间的界面处(换句话说，在将这两个元件彼此固定的为典型的结构环氧树脂胶的接合层中)产生局部放电的电压值。
具体地，局部放电是微放电，起因于具有适当强度的电场中的元件的结构不规则性。在本发明的框架中，这些微放电在将前缘和由复合材料制成的叶片主体结合在一起的接合层中被激发。
实际上，通过劣化该接合层，该微放电有助于前缘的分离，在应用了该处理之后通过机械张力可能实现该分离，在应用其他处理以弱化该接合层之后也可能实现分离。
通常来说，所施加的电压介于最小值300伏和与叶片主体的复合材料所允许最大值对应的最大值之间。可以通过测试评估对叶片材料产生损坏的阈值电压来确定该叶片主体所允许的最大电压。
这些测试包括以下方式：对不同的叶片主体施加不同电压以识别复合材料内开始出现微放电和/或对复合材料造成损坏或劣化的起始值。类似地，可以执行这些测试以确定在接合层中实现微放电所需的最小电压。
识别这些阈值，然后提供确定待施加于前缘和叶片主体之间以引起分离的电压的方法。
通常来说，本发明可以用来实现以下：在制造叶片期间修改有缺陷的接合，在不需要替换承载前缘的整个叶片的情况下替换损坏的前缘，以及在前缘被分离后能够循环使用由钛制成的损坏的前缘。
在所描述的示例中，本发明应用于分离接合至由复合材料制成的叶片主体的金属前缘，但本发明更通常应用于分离接合至电绝缘材料的导电材料。
为了改进上述方法，该分离操作在在例如空气的绝缘介质中进行、在例如等于30巴的压强下在气态氮中进行、或者在例如矿物油或硅油的电介质流体中进行。选择此种介质来实施分离操作可以限制或甚至消除工艺中产生的任何电弧。

Claims (9)

1.一种使接合至碳-环氧树脂型的复合材料部件(2)的金属部件(3)的至少一部分分离的方法，所述方法包括弱化所述金属部件(3)和所述复合材料部件(2)之间的接合界面的步骤，其中，所述金属部件(3)和所述复合材料部件(2)电连接至直流电压发生器，使得这两个部件经受电势差以在所述接合界面中产生局部放电从而弱化所述接合界面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料部件(2)是叶片主体，所述金属部件是接合至所述叶片主体的前缘(3)，并且其中，所述叶片主体(2)包括根部(4)，所述叶片主体(2)通过所述根部(4)电连接至所述电压发生器。
3.根据权利要求2所述的方法，包括安装防护装置(12)，所述防护装置(12)由环绕所述叶片主体(2)的所述根部(4)的一部分的电绝缘材料制成以形成电气绝缘挡板，所述电绝缘挡板在所述前缘(3)和所述叶片根部(4)之间延伸以防止在所述叶片根部(4)和所述前缘(3)之间出现电弧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述防护装置(12)是电绝缘的弹性体部件，所述弹性体部件包括一中心开口，所述中心开口被布置成通过围绕所述叶片根部来容置所述叶片根部(4)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述防护装置(12)包括连接在一起以环绕所述叶片根部(4)的两个互补的部件。
6.根据权利要求2所述的方法，包括预先对所述叶片根部(4)的表面进行金属化以向构成所述叶片主体(2)的复合材料的大部分纤维施加电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述金属化通过冷等离子体沉积铜、铝、银或金来实现。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述金属化通过在所述叶片根部(4)上应用铜或铝接合带以将所述叶片根部(4)连接至所述电压发生器来实现。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，弱化所述接合界面的步骤在如压缩氮的电绝缘流体内实施。
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