CN111122424A - 一种先进增强结构的涂层防护处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种先进增强结构的涂层防护处理方法，该方法包括：根据对先进增强结构应用部位的环境分析，初步确定先进增强结构的待选涂层的防护体系；通过对初步确定的待选涂层的防护体系的试验验证，选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系；对选取的防护体系进行环境综合评估分析，验证防护体系的有效性和耐久性。采用本发明实施例提供的方案，可以提高腐蚀环境下先进增强结构腐蚀防护性能，加快先进增强结构在飞机的工程化应用，实现延长飞机检修间隔及寿命，提高飞机安全性及经济性的目标。

Description

一种先进增强结构的涂层防护处理方法

技术领域

本申请涉及但不限于飞行器设计技术领域，尤指一种先进增强结构的涂层防护处理方法。

背景技术

先进增强结构是一种新型的结构形式。在飞机金属高应力区域的结构上胶接连接带有增强功能的纤维条带，增加局部区域的传递路径，减小局部区域的应力水平，提高该区域的疲劳和损伤容限性能。

随着我国深海战略的不断推进，航空装备环境适应性显得更为重要，飞机长期在沿海区域服役和使用，飞机结构机身下壁板和机翼下壁板外表面容易吸附腐蚀介质，并且较长时间保持温润状态，在起飞和着陆过程中易积聚冷凝水，容易形成干、湿交替的海洋腐蚀条件。这种高盐雾、高湿热等严酷海洋环境对飞机结构，特别是承受高载荷高应力水平的结构，产生严重的腐蚀损伤，严重影响飞机安全性和可靠性。先进增强结构作为一种新型的结构形式，能够显著抑制裂纹扩展，增强结构疲劳和损伤容限性能的同时，也存在腐蚀损伤隐患，因为先进增强结构是金属与复合材料连接而成，两者存在电势差，如果涂层防护不当，极易形成腐蚀，造成先进增强结构胶层失效，从而影响使用性能；因此，开展先进增强结构涂层防护设计及验证研究，对于先进增强结构的工程化推广有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种先进增强结构的涂层防护处理方法，通过形成先进增强结构两种典型材料的典型涂层优选方法，提高腐蚀环境下先进增强结构腐蚀防护性能，加快先进增强结构在飞机的工程化应用，实现延长飞机检修间隔及寿命，提高飞机安全性及经济性的目标。

本发明实施例提供一种先进增强结构的涂层防护处理方法，包括：

根据对先进增强结构应用部位的环境分析，初步确定所述先进增强结构的待选涂层的防护体系；

通过对初步确定的待选涂层的防护体系的试验验证，选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系；

对选取的防护体系进行环境综合评估分析，验证防护体系的有效性和耐久性。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，所述初步确定所述先进增强结构的待选涂层的防护体系，包括：

根据对先进增强结构应用局部环境的分析和胶接结构特定，初步确定复合材料的防护漆层或者防护胶膜；

根据海洋环境常用的先进防护涂层，初步确定金属材料的防护涂层。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，所述选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系，包括：

根据先进增强结构应用部位的载荷环境，确定用于验证所述防护体系的环境试验；

按照材料级，结构级，依次对防护体系进行环境试验的验证。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，所述用于验证所述防护体系的环境试验，包括：柔韧性试验，冲击试验，附着力试验，盐雾+疲劳试验，加速环境谱试验，以及丝状腐蚀试验。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，所述对选取的防护体系进行环境综合评估分析，包括：

根据飞机预计服役的典型海洋环境特点，编制先进增强结构的试验室加速环境谱；

根据海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，分析先进增强结构在海洋环境下的适应性。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，所编制的试验室加速环境谱包括：湿热环境试验，低温疲劳环境试验，盐雾环境试验和周期浸润腐蚀环境试验，以及上述试验的循环方式。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，还包括：

根据海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，确定所述各种试验的加速试验方案。

可选地，如上所述的先进增强结构的涂层防护处理方法中，

所述湿热环境试验的加速试验方案包括：暴露时间为7天，环境条件为，温度为43摄氏度，相对湿度为95％；

所述低温疲劳环境试验的加速试验方案包括：施加500次等幅载荷，频率为5赫兹，试验条件为，温度为-24摄氏度；

所述盐雾环境试验的加速试验方案包括：试验条件为，温度为35摄氏度；80平方厘米盐雾沉积量在1到2毫升每小时；

所述周期浸润腐蚀环境试验的加速试验方案包括：暴露时间为12小时，试验条件为，温度为40摄氏度，相对湿度为95％±5％，浸润周期为30分钟，其中，7.5分钟试验件在溶液中浸润，22.5分钟试验件在溶剂外烘烤。

本发明实施例提供的先进增强结构的涂层防护处理方法，针对未来飞机在海洋环境下应用先进增强结构形式面临的海洋环境腐蚀问题，开展先进增强结构涂层防护处理方法验证研究，该设计方案包括：根据对先进增强结构应用部位的环境分析，初步确定先进增强结构的待选涂层的防护体系；通过对初步确定的待选涂层的防护体系的试验验证，选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系；对选取的防护体系进行环境综合评估分析，验证防护体系的有效性和耐久性。本发明实施例通过对先进增强结构的涂层防护处理，能够快速确定先进增强结构的涂层体系，形成先进增强结构防护体系的环境综合评估分析验证方法，有效提高先进增强结构的海洋环境适应性，加快推进先进增强结构在海洋使用型飞机的工程化应用。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种先进增强结构的涂层防护处理方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种先进增强结构的涂层防护处理方法的实施方式的流程图；

图3为本发明实施例中一种对防护体系进行环境试验的示意图；

图4为本发明实施例中一种先进增强结构的试验室加速环境谱的示意图；

图5为本发明实施例中先进增强结构的试验室加速环境谱具体试验方案的示意图；

图6为本发明实施例的先进增强结构试验件经过试验室加速环境谱验证后的形貌图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种先进增强结构的涂层防护处理方法的流程图。本发明实施例提供的先进增强结构的涂层防护处理方法可以包括如下步骤：

步骤1，根据对先进增强结构应用部位的环境分析，初步确定先进增强结构的待选涂层的防护体系；

步骤2，通过对初步确定的待选涂层的防护体系的试验验证，选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系；

步骤3，对选取的防护体系进行环境综合评估分析，验证防护体系的有效性和耐久性。

本发明实施例提供的先进增强结构的涂层防护处理方法可用于复合材料-金属材料胶接增强结构、复合材料-金属结构胶接修补结构等方面的涂层防护设计中。本发明实施例的技术方案，按照先进增强结构金属-复合材料结构特点，做好先进增强结构的涂层防护能有效提高结构的抗腐蚀性能，可以从先进增强结构两种材料的涂层选用和环境适应性开展研究，形成先进增强结构涂层防护设计验证方法。

以下主要从几个方面本发明实施例提供的方法的上述三个步骤的实施方式进行详细描述。如图2所示，为本发明实施例提供的一种先进增强结构的涂层防护处理方法的实施方式的流程图，图2中示意出上述每个步骤中需要选取或设计的内容，以及设计中考虑的因素。

1，初步确定先进增强结构的涂层的防护体系

基于本发明实施例的研究内容是海洋环境下先进增强结构涂层防护体系的试验验证，针对海洋环境的特点和先进增强结构的复合材料—金属结构胶接的结构特点，复合材料涂层可以从防护漆层和防护胶膜两方面考虑，金属材料防护涂层结合国内外海洋环境常用的先进防护漆层，例如，按照国标、国军标涂层优选方法，优选出防护性能好的涂层体系。

2，先进增强结构的涂层防护体系优选方案

根据先进增强结构应用部位的载荷环境，确定用于验证防护体系的环境试验；按照材料级，结构级，依次对防护体系进行环境试验的验证。

其中，用于验证防护体系的环境试验，可以包括：柔韧性试验，冲击试验，附着力试验，盐雾+疲劳试验，加速环境谱试验，以及丝状腐蚀试验。

3，海洋环境下先进增强结构的环境适应性分析

开展先进增强结构防护体系的环境综合评估分析是验证涂层有效性和耐久性的关键，考虑先进增强结构在飞机上的应用部位和环境，按照飞机预计服役的典型海洋环境特点，编制先进增强结构的局部环境谱(即试验室加速环境谱)，重点考察海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，研究先进增强结构海洋环境适应性。

采用本发明实施例提供的先进增强结构的涂层防护处理方法，可以快速确定出先进增强结构的涂层防护体系，形成先进增强结构防护体系的环境综合评估分析验证方法，有效提高先进增强结构的海洋环境适应性，加快推进先进增强结构在海洋使用型飞机的工程化应用。

以下通过一个具体实施示例对本发明实施例提供的先进增强结构的涂层防护处理方法的实施方式进行详细说明。

该实施示例针对在海洋环境下服役的飞机，先进增强结构的防护性能更为重要，特别是在飞机机身下地板等封闭区域，主要存在盐雾、湿热、霉菌和酸性大气环境。

1，初步确定先进增强结构的涂层的防护体系

按照上述环境特点，调研国内外海洋环境下应用的防护涂层，初步确定铝合金材料选用硫酸阳极化+TB06-9底漆+TS96-71面漆、阳极化+H06-27底漆S04-61面漆和高耐候性防护面漆(QFS-15)、铝合金表面用高防腐底漆(QH-15)，碳纤维复合材料选用H01-101H清漆+H06-1012H底漆+TS96-71面漆、512×310复合材料底漆+ECL-G-1622面漆、复合材料防潮环氧底漆(H06-1371)+TS96-71面漆等。

2，先进增强结构的涂层防护体系优选方案

如图3所示，为本发明实施例中一种对防护体系进行环境试验的示意图，通过柔韧性试验，冲击试验，附着力试验，盐雾+疲劳试验，加速环境谱试验，以及丝状腐蚀试验，从涂层的柔韧性、冲击性、附着拉开强度、丝状腐蚀、耐盐雾性、盐雾+疲劳等方面优选出2套先进增强结构防护涂层。

3，海洋环境下先进增强结构的环境适应性分析

先进增强结构的防护涂层在确定之前，确保所选用的涂层体系满足飞机日历寿命和修理间隔，因此编制先进增强结构试验室加速环境谱，采用试验室加速环境试验评估分析防护涂层性能是否满足飞机使用要求。机身下地板属于内部封闭区域，所处的局部环境相对恶劣，载荷作用易引起结构变形，破坏连接区域的密封形式，使得湿气、污染介质等进入下地板区域，从而形成恶劣的环境与载荷的耦合作用环境，必将加速该区域的结构腐蚀，因此，该区域的加速试验环境谱，可参照内部腐蚀关键部位的涂层加速试验环境谱(CASS谱)，J8系列飞机机翼前梁腹板的C谱。机身下地板不受紫外线影响，也没有明显的热冲击问题，因此不考虑紫外照射环境块、热冲击环境块。

如图4所示，为本发明实施例中一种先进增强结构的试验室加速环境谱的示意图，包括：湿热环境试验，低温疲劳环境试验，盐雾环境试验和周期浸润腐蚀环境试验，以及上述试验的循环方式；实际应用中，根据海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，确定图4所示各种试验的加速试验方案。以下具体对每种环境试验的试验方案进行说明：

a)湿热环境试验

飞机在南海服役时，南海作为亚热带沿海地区与CASS谱气候基本相同，因而可以采用CASS谱中的湿热部分，即在相对湿度RH＝95％、温度T＝43℃条件下作用7天。

b)低温疲劳环境试验

参考我国各海拔高度下的温度统计值，取温度T＝－(24±5)℃。疲劳载荷一般取为恒幅，以充分反应对涂层产生微裂纹的作用。应力水平的高低由腐蚀关键部位的实际应力水平决定，一般取为疲劳载荷谱中造成最大损伤的应力，应力比取为0.1，作用次数依据飞机目标寿命，每次飞行按1.0小时换算，作用频率取5Hz，可得每年的作用次数为500次。

c)盐雾环境试验

南海沿海相对工业污染较少，飞机采用中性盐雾的方式，盐溶液采用氯化钠溶液，用蒸馏水配制百分比浓度为5％的NaCl溶液，试验温度取T＝(35±2)℃。以每月30天计算，海南全年累积盐雾沉降量为17763.62mg/m2即1421.09mg/(80cm2)，所用试验设备盐雾沉降率为(1.0～2.0)mg/(80cm2.h)，使用5％的NaCl溶液喷雾，则所需小时为(142～284)h，同时参考CASS谱，试验实际盐雾时间取7天。

d)周期浸润腐蚀环境试验

机身下地板相对于J8系列飞机机翼前梁腹板环境轻微，其周期浸润腐蚀环境参数可参考该谱，但作用时间暂定为12h。综上所得，如图5所示，为本发明实施例中先进增强结构的试验室加速环境谱具体试验方案的示意图。

如图6所示，为本发明实施例的先进增强结构试验件经过试验室加速环境谱验证后的形貌图。通过先进增强结构试验室加速环境试验，最终优选防护涂层为：复合材料512×310复合材料底漆+ECL-G-1622面漆，铝合金：高耐候性防护面漆(QFS-15)、铝合金表面用高防腐底漆(QH-15)，涂层满足飞机首翻期要求。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，包括：

根据对先进增强结构应用部位的环境分析，初步确定所述先进增强结构的待选涂层的防护体系；

通过对初步确定的待选涂层的防护体系的试验验证，选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系；

对选取的防护体系进行环境综合评估分析，验证防护体系的有效性和耐久性。

2.根据权利要求1所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，所述初步确定所述先进增强结构的待选涂层的防护体系，包括：

根据对先进增强结构应用局部环境的分析和胶接的结构特定，初步确定复合材料的防护漆层或者防护胶膜；

根据海洋环境常用的先进防护涂层，初步确定金属材料的防护涂层。

3.根据权利要求2所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，所述选取出符合应用部位环境的先进增强结构的防护体系，包括：

根据先进增强结构应用部位的载荷环境，确定用于验证所述防护体系的环境试验；

按照材料级，结构级，依次对防护体系进行环境试验的验证。

4.根据权利要求3所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，所述用于验证所述防护体系的环境试验，包括：柔韧性试验，冲击试验，附着力试验，盐雾+疲劳试验，加速环境谱试验，以及丝状腐蚀试验。

5.根据权利要求3所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，所述对选取的防护体系进行环境综合评估分析，包括：

根据飞机预计服役的典型海洋环境特点，编制先进增强结构的试验室加速环境谱；

根据海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，分析先进增强结构在海洋环境下的适应性。

6.根据权利要求5所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，所编制的试验室加速环境谱包括：湿热环境试验，低温疲劳环境试验，盐雾环境试验和周期浸润腐蚀环境试验，以及上述试验的循环方式。

7.根据权利要求6所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，还包括：

根据海洋环境下先进增强结构的腐蚀特点，确定所述各种试验的加速试验方案。

8.根据权利要求7所述的先进增强结构的涂层防护处理方法，其特征在于，

所述湿热环境试验的加速试验方案包括：暴露时间为7天，环境条件为，温度为43摄氏度，相对湿度为95％；

所述低温疲劳环境试验的加速试验方案包括：施加500次等幅载荷，频率为5赫兹，试验条件为，温度为-24摄氏度；

所述盐雾环境试验的加速试验方案包括：试验条件为，温度为35摄氏度；80平方厘米盐雾沉积量在1到2毫升每小时；

所述周期浸润腐蚀环境试验的加速试验方案包括：暴露时间为12小时，试验条件为，温度为40摄氏度，相对湿度为95％±5％，浸润周期为30分钟，其中，7.5分钟试验件在溶液中浸润，22.5分钟试验件在溶剂外烘烤。

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