CN110726666B - 一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，将待施涂涂层的基体材料加工成试片并在试片上按铆钉头形式锪窝，然后通过不凸出于试片上表面的铆钉将试片铆接在底板上，完成试样的制作；对试样进行与航空飞行器喷涂涂层前一样的预处理，在航空飞行器进行最终喷涂时试样和航空飞行器一起喷涂，使得试样表面形成与航空飞行器表面一样的涂层；以接近物体自由落体的速度将喷涂涂层后的试样与硬质物体面碰撞，简易模拟飞行器的受力情况；最后采用拉开法对试片上的涂层进行附着力定量测试。本发明能够更真实的模拟航空飞行器蒙皮不同装配区涂层施涂后的附着力情况，并进行涂层附着力的定量测试。

Description

一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法
技术领域
本发明属于涂层附着力检测技术领域，具体涉及一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法。
背景技术
航空飞行器零、组/部件、整机为满足外观视觉效果、防腐、特殊用途等不同需求，均会根据设计需要进行不同种类的涂层喷涂，而涂层附着力测试则是检验涂层喷涂质量的重要指标之一。目前，军民用航空飞行器涂层附着力测试主要分定性和定量两类。
涂层附着力定性测试法主要是在一定温度、湿度环境中，在涂层干燥并清洁后，用一定宽度和长度范围并具备特定粘接力的胶带，紧密附着于被测位置，以一定角度进行快速撕扯，通过查看被测面涂层脱落情况及胶带上涂层粘附情况定性判断涂层附着力合格与否，这种测试方法简单、成本低、效率高，在产品或试样均可直接应用，是目前应用最广泛的一种附着力测试方法。该方法对双组份或多组份涂料缺少固化剂时、施涂面清洁度极差等施涂工艺存在较大问题时有较明显效果，但难以发现施涂过程中局部工艺参数变化造成涂层实际附着力不足的隐患，测试准确性差。且由于该方法有环境温湿度要求，对非工厂环境下的测试局限性较大。
涂层附着力定量测试法一般又主要分划圈法（GB1720）、划格法(GB9286)、拉开法(GB5210)三种。划圈法和划格法均是利用专用工具在干透的涂层表面施加能穿透涂层的力进行划圈或划格，再用软毛刷或胶带对划圈或划格区域进行刷拭或撕扯，再查看划圈或划格区涂层脱落情况，与标准评级表比对评级，确定涂层附着力等级。拉开法则是用一定直径的试柱通过粘接剂粘附在干透并清洁的被测涂层区域，对试柱均匀施加垂直于被测涂层的力，当涂层与涂层或涂层与底材分离时，所施加的拉力即为涂层附着力值；也可以通过设定对试柱的施加力大小，在达到设定的施加力值时，观察涂层与涂层或涂层与底材是否分离，来判断涂层附着力是否满足需求。
涂层附着力定量测试的三种方法一般都普遍采用试样，而非产品本体测试，主要原因是三种测试法均为通过破坏涂层来间接或直接定量评定涂层附着力情况。具体原因为：划圈法和划格法均需使用工具划透涂层才能更准确的评定涂层附着力等级，而划针或划刀的磨损情况以及工具的切划角度对切痕有直接影响，造成评定结果的波动性较大。而且，划格法不适宜于厚度超过250μm的涂层。同时，若在产品上直接进行切痕，也将很难控制切痕深度，施力不足，难以切透涂层，施力过量会伤及底材。而拉开法则视涂层厚度不同，方法略有差异：在GB 5210中，当涂层厚度小于150μm时，允许不切割涂层，否则应用切刀沿试柱周线切透涂层，而涂层附着力值则受被测面平整度有一定影响。上述三种涂层定量附着力测试后需对涂层破坏区或切痕区进行涂层返修，带来二次涂层质量验收工作量。涂层附着力的三种定量测试方法中，采用划圈法的GB1720、采用划格法的GB9286所用试样均是平板试样，而采用拉开法的GB5210则是试柱。
航空飞行器涂层附着力，尤其是蒙皮表面涂层附着力如果不能满足设计需求，将在经过多个起落的飞行后出现涂层脱落的几率显著增加，不仅降低飞行器整体外观视觉效果，如果在飞行过程中出现脱落，也会增加涂层吸入发动机损伤发动机叶片，甚至出现飞行事故的风险。因此，基于涂层附着力的三种定量测试方法比较，采用拉开法定量测试涂层附着力是目前最能反映涂层满足设计需求状况的一种测试法，但GB5210所规定的涂层试样结构单一，基体单一，不能综合反映航空飞行器零件、组/部件、整机的多种装配关系条件下涂层在受到压、拉应力作用后的附着力结果。
发明内容
本发明针对现有技术中航空飞行器蒙皮涂层附着力无法定量测量的不足，提供一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，将代表施涂涂层的基体材料加工成试片并通过铆钉铆接在底板上，以此模拟航空飞行器表面基体材料喷涂涂层的状态，再采用拉开法对试片上的涂层进行附着力定量测试，不仅能反映在现有施涂工艺条件下涂层在不同底材上的附着力，也能模拟反映航空飞行器装配后受力条件下涂层附着力。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，将待施涂涂层的基体材料加工成试片并在试片上按铆钉头形式锪窝，然后通过不凸出于试片上表面的铆钉将试片铆接在底板上，完成试样的制作；对试样进行与航空飞行器喷涂涂层前一样的预处理，在航空飞行器进行最终喷涂时试样和航空飞行器一起喷涂，使得试样表面形成与航空飞行器表面一样的涂层；以接近物体自由落体的速度将喷涂涂层后的试样与硬质物体面碰撞，简易模拟飞行器的受力情况；最后采用拉开法对试片上的涂层进行附着力定量测试。
进一步，为了方便试片的加工，所述试片通常加工成圆形或方形。当然，加工成其他形状也不影响涂层附着力测试。
进一步，为了更好的实现本发明，一个试样中仅在一块底板上铆接一个试片，且该试片仅通过一个设置在试片偏心处的铆钉与该底板铆接；将一块底板上铆接一个试片的试样用于模拟一般铆接区涂层附着力测试。
进一步，为了更好的实现本发明，所述试片为φ25mm±1mm的圆片，铆钉为φ4mm的铆钉，安装铆钉的孔距试片中心偏心3mm±0.5mm；铆钉上表面相对于试片上表面的凹下量不大于0.2mm。
进一步，为了更好的实现本发明，一个试样中在一块底板上同时铆接两个中间存在间隙的试片，且两个试片分别通过一个设置在试片偏心处的铆钉与该底板铆接；将一个底板上同时铆接两个中间存在间隙的试片的试样用于模拟蒙皮对接铆接区涂层附着力测试。
进一步，为了更好的实现本发明，所述试片为φ25mm±1mm的圆片沿中线切割后的半圆，两个半圆形试片之间的间隙为0.3mm±0.2mm，铆钉为φ4mm的铆钉；铆钉上表面相对于试片上表面的凹下量不大于0.2mm。
进一步，为了更好的实现本发明，所述试样喷涂涂层且涂层并未完全干透之前，去除试片侧边的多余涂层，使涂层在试片的外沿处出现切断面。
特别说明：GB5210中规定，除非规定或商定，对于厚度小于150μm的涂层可以不切割，否则在进行测试前，应沿试柱周线切透固化了的粘结剂和涂层直至底材。在本发明所述的涂层附着力定量测试过程中，有效区是铆接在底板上的试片，无论涂层厚度多少，在施涂时，均可在涂层固化前用擦拭的方式清除试片侧边的涂层，不需要用刀具对涂层进行切割，免除了对于较厚涂层可能没有切透的风险，也避免了因刀具磨损或切割操作不当导致切痕不规则的问题，同时由于免切割涂层也能提高涂层附着力测试效率。
进一步，为了更好的实现本发明，所述以接近物体自由落体的速度将喷涂涂层后的试样与硬质物体面碰撞具体是指，用手拿住已喷涂涂层的试样，分别沿水平和垂直两个方向，在距离硬质物体面100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板与硬质物体面碰撞，反复3-5次。
进一步，为了更好的实现本发明，所述采用拉开法对试片上的涂层进行附着力定量测试具体是指，将试样的涂层侧和无涂层侧分别通过粘接剂粘接在拉拔仪试柱A、试柱B上，以此对试片上的涂层进行附着力定量测试。
进一步，为了更好的实现本发明，所述试片采用厚度为1mm-1.5mm的铝板；或者，所述试片采用厚度为2mm-3mm的碳纤维复合板。
进一步，为了更好的实现本发明，所述底板采用厚度为1mm-1.5mm的2024型铝板；或者，所述底板采用厚度为1mm-1.5mm的7050型铝板。
本发明的有益效果：
（1）用试样模拟航空飞行器基体材料上喷涂涂层的情况，通过对试样的涂层附着力定量测试反映航空飞行器上涂层附着力情况，不用破坏航空飞行器上涂层。
（2）涂层免切割；在本发明所述的涂层附着力定量测试过程中，有效区是铆接在底板上的试片，无论涂层厚度多少，在施涂时，均可在涂层固化前用擦拭的方式清除试片侧边的涂层，不需要用刀具对涂层进行切割，免除了对于较厚涂层可能没有切透的风险，也避免了因刀具磨损或切割操作不当导致切痕不规则的问题，同时由于免切割涂层也能提高涂层附着力测试效率。
（3）试样的涂层施涂更方便；由于试样上的试片才是涂层附着力定量测试有效区，在对试样进行施涂工艺时，只需对试片进行前处理和施涂，底板区域前处理和施涂是否符合工艺要求，对试片是否准确反映涂层附着力不会产生影响。
（3）试样能更真实的模拟航空飞行器蒙皮不同装配区涂层施涂后的附着力情况；作为航空飞行器的蒙皮材料主要为金属材料和复合材料，而其主要装配手段为铆接，本发明能真实模拟两种材料的一般铆接区和蒙皮对接铆接区的涂层附着力。
附图说明
图1是本发明模拟一般铆接区涂层附着力测试时试样的主视图及AA面的截面图。
图2是将图1中试样沿水平和垂直两个方向分别碰撞硬质物体面的示意图。
图3是本发明模拟蒙皮对接铆接区涂层附着力测试时试样的主视图及AA面的截面图。
图4是将图3中试样沿水平和垂直两个方向分别碰撞硬质物体面的示意图。
图5是拉拔仪上两个试柱分别通过粘接剂与涂层、底板无涂层侧相连接的结构示意图。
图6是拉拔仪上两个试柱分别通过粘接剂与涂层、试片无涂层侧相连接的结构示意图。
其中，1、试片；2、底板；3、铆钉；4、涂层；5、硬质物体面；6、试柱A；7、试柱B；8、粘接剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面将结合附图对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过四个实施例结合附图具体说明本发明如何真实模拟金属材料和复合材料两种材料的一般铆接区和蒙皮对接铆接区的涂层4附着力，使得对试样进行涂层4附着力定量测试的结果可以用于判断航空飞行器的表面涂层4附着力情况。
实施例1：
涂层4附着力定量测试用试样主要由两部分组成：试片1和底板2，试片1和底板2由铆钉3铆接。
本实施例中，所述试片1采用厚度为1mm-1.5mm的铝板；所述底板2采用厚度为1mm-1.5mm的2024型或7050型铝板；所述铆钉3采用直径为4mm的铝铆钉3。
如图1、图2所示，将试片1加工成φ25mm±1mm，距中心偏心3mm±0.5mm制φ3.6初孔，尺寸为70mm×80mm的底板2中心制φ3.6初孔，将试片1和底板2的φ3.6初孔对齐后用工具夹持，制φ4.16终孔，并在试片1一侧按铆钉3头形式锪窝，最后用φ4铆钉3将试片1和底板2铆好，铆钉3不允许凸出，凹下量不大于0.2mm。在航空飞行器进行最终喷涂时，对试样的试片1按与航空飞行器相同工艺进行前处理、施涂和固化。在对试片1涂层4进行附着力定量测试前，用手拿住试样的底板2分别沿水平①和垂直②方向，在距硬质物体面5约100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板2与硬质物体面5碰撞，简易模拟飞行器的受力情况。再将试样用拉开法测定涂层4附着力。本试样尤其适合采用便携式拉拔仪的现场测试。
在另一具体实施例中，如图5、图6所示，将试样的涂层4侧和无涂层4侧分别通过粘接剂8粘接在拉拔仪试柱A6、试柱B7上，以此对试样上的涂层4进行附着力定量测试。
实施例2：
涂层4附着力定量测试用试样主要由两部分组成：试片1和底板2，试片1和底板2由铆钉3铆接。
本实施例中，所述试片1厚度为2mm-3mm的碳纤维复合板；所述底板2采用厚度为1mm-1.5mm的2024型或7050型铝板；所述铆钉3采用直径为4mm的铝铆钉3。
如图1、图2所示，将试片1加工成φ25mm±1mm，距中心偏心3mm±0.5mm制φ3.6初孔，尺寸为70mm×80mm的底板2中心制φ3.6初孔，将试片1和底板2的φ3.6初孔对齐后用工具夹持，制φ4.16终孔，并在试片1一侧按铆钉3头形式锪窝，最后用φ4铆钉3将试片1和底板2铆好，铆钉3不允许凸出，凹下量不大于0.2mm。在航空飞行器进行最终喷涂时，对试样的试片1按与航空飞行器相同工艺进行前处理、施涂和固化。在对试片1涂层4附着力进行定量测试前，用手拿住试样的底板2分别沿水平①和垂直②方向，在距硬质物体面5约100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板2与硬质物体面5碰撞，简易模拟飞行器的受力情况。再将试样用拉开法测定涂层4附着力。本试样尤其适合采用便携式拉拔仪的现场测试。
在另一具体实施例中，如图5、图6所示，将试样的涂层4侧和无涂层4侧分别通过粘接剂8粘接在拉拔仪试柱A6、试柱B7上，以此对试样上的涂层4进行附着力定量测试。
实施例3：
涂层4附着力定量测试用试样主要由两部分组成：试片1和底板2，试片1和底板2由铆钉3铆接。
本实施例中，所述试片1采用厚度为1mm-1.5mm的铝板；所述底板2采用厚度为1mm-1.5mm的2024型或7050型铝板；所述铆钉3采用直径为4mm的铝铆钉3。
如图3、图4所示，试片1加工成φ25mm±1mm，再沿中线切割成两个半圆，按图3在尺寸为70mm×80mm的底板2上用工具夹持后，分别制φ3.6初孔、φ4.16终孔，并在试片1一侧按铆钉3头形式锪窝，最后将φ4铆钉3将试片1和底板2铆好，铆钉3不允许凸出，凹下量不大于0.2mm。在航空飞行器进行最终喷涂时，对试样的试片1按与航空飞行器相同工艺进行前处理、施涂和固化。在对试片1涂层4附着力进行定量测试前，用手拿住试样的底板2分别沿水平①和垂直②方向，距硬质物体面5约100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板2与硬质物体面5碰撞，反复3-5次，简易模拟飞行器的受力情况。再将试样用拉开法测定涂层4附着力。本试样尤其适合采用便携式拉拔仪的现场测试。
在另一具体实施例中，如图5、图6所示，将试样的涂层4侧和无涂层4侧分别通过粘接剂8粘接在拉拔仪试柱A6、试柱B7上，以此对试样上的涂层4进行附着力定量测试。
实施例4：
涂层4附着力定量测试用试样主要由两部分组成：试片1和底板2，试片1和底板2由铆钉3铆接。
本实施例中，所述试片1厚度为2mm-3mm的碳纤维复合板；所述底板2采用厚度为1mm-1.5mm的2024型或7050型铝板；所述铆钉3采用直径为4mm的铝铆钉3。
如图3、图4所示，试片1加工成φ25mm±1mm，再沿中线切割成两个半圆，按图3在尺寸为70mm×80mm的底板2上用工具夹持后，分别制φ3.6初孔、φ4.16终孔，并在试片1一侧按铆钉3头形式锪窝，最后将φ4铆钉3将试片1和底板2铆好，铆钉3不允许凸出，凹下量不大于0.2mm。在航空飞行器进行最终喷涂时，对试样的试片1按与航空飞行器相同工艺进行前处理、施涂和固化。在对试片1涂层4附着力进行定量测试前，用手拿住试样的底板2分别沿水平①和垂直②方向，距硬质物体面5约100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板2与硬质物体面5碰撞，反复3-5次，简易模拟飞行器的受力情况。再将试样用拉开法测定涂层4附着力。本试样尤其适合采用便携式拉拔仪的现场测试。
在另一具体实施例中，如图5、图6所示，将试样的涂层4侧和无涂层4侧分别通过粘接剂8粘接在拉拔仪试柱A6、试柱B7上，以此对试样上的涂层4进行附着力定量测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，将待施涂涂层（4）的基体材料加工成试片（1）并在试片（1）上按铆钉（3）头形式锪窝，然后通过不凸出于试片（1）上表面的铆钉（3）将试片（1）铆接在底板（2）上，完成试样的制作；对试样进行与航空飞行器喷涂涂层（4）前一样的预处理，在航空飞行器进行最终喷涂时试样和航空飞行器一起喷涂，使得试样表面形成与航空飞行器表面一样的涂层（4）；以接近物体自由落体的速度将喷涂涂层（4）后的试样与硬质物体面（5）碰撞，简易模拟飞行器的受力情况；最后采用拉开法对试片（1）上的涂层（4）进行附着力定量测试。
2.根据权利要求1所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，一个试样中仅在一块底板（2）上铆接一个试片（1），且该试片（1）仅通过一个设置在试片（1）偏心处的铆钉（3）与该底板（2）铆接；将一块底板（2）上铆接一个试片（1）的试样用于模拟一般铆接区涂层（4）附着力测试。
3.根据权利要求2所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述试片（1）为φ25mm±1mm的圆片，铆钉（3）为φ4mm的铆钉（3），安装铆钉（3）的孔距试片（1）中心偏心3mm±0.5mm；铆钉（3）上表面相对于试片（1）上表面的凹下量不大于0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，一个试样中在一块底板（2）上同时铆接两个中间存在间隙的试片（1），且两个试片（1）分别通过一个设置在试片（1）偏心处的铆钉（3）与该底板（2）铆接；将一个底板（2）上同时铆接两个中间存在间隙的试片（1）的试样用于模拟蒙皮对接铆接区涂层（4）附着力测试。
5.根据权利要求4所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述试片（1）为φ25mm±1mm的圆片沿中线切割后的半圆，两个半圆形试片（1）之间的间隙为0.3mm±0.2mm，铆钉（3）为φ4mm的铆钉（3）；铆钉（3）上表面相对于试片（1）上表面的凹下量不大于0.2mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述试样喷涂涂层（4）且涂层（4）并未完全干透之前，去除试片（1）侧边的多余涂层（4），使涂层（4）在试片（1）的外沿处出现切断面。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述以接近物体自由落体的速度将喷涂涂层（4）后的试样与硬质物体面（5）碰撞具体是指，用手拿住已喷涂涂层（4）的试样，分别沿水平和垂直两个方向，在距离硬质物体面（5）100mm处，以接近物体自由落体的速度将底板（2）与硬质物体面（5）碰撞，反复3-5次。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述采用拉开法对试片（1）上的涂层（4）进行附着力定量测试具体是指，将试样的涂层（4）侧和无涂层（4）侧分别通过粘接剂（8）粘接在拉拔仪试柱A（6）、试柱B（7）上，以此对试片（1）上的涂层（4）进行附着力定量测试。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述试片（1）采用厚度为1mm-1.5mm的铝板；或者，所述试片（1）采用厚度为2mm-3mm的碳纤维复合板。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种航空飞行器蒙皮涂层附着力定量测试方法，其特征在于，所述底板（2）采用厚度为1mm-1.5mm的2024型铝板；或者，所述底板（2）采用厚度为1mm-1.5mm的7050型铝板。
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