JPH07509538A - イオン・ビームによる強化デポジットを使用するハニカム・コア・パネル構造の腐食防止 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イオン・ビームによる強化デポジットを使用するハニカム・コア・パネル構造の 腐食防止 発明の分野 本発明は、概して金属合金の腐食防止、特に、アルミニウム或いはその合金の１ つから作られるハニカム・コアーパネル構造での腐食を防止するための方法に関 する。

発明の背景 アルミニウム或いはその合金の１つから作られるハニカム・コア・パネル構造は 、大気の湿気に囚って非常に腐食しやすい。ハニカム・コア・パネル構造は、ハ ニカム型のコアを挟む２枚の外側の“表皮“層を利用し、ＥＦ−１１１Ａ及びＦ −１４のような高性能の戦闘用飛行機を含む、はぼ全ての飛行機のフィン、翼、 及び他の構造の構成に於て広（使用されている。大気の湿気は、しばしばハニカ ム・コアーパネル構造の外側の表皮層の間にしみこんだり、その間に閉じ込めら れたりする。時が経つと、水分の浸透はハニカム型のコアを腐食し、構造的に飛 行機の信頼性を落して、飛行を危険にする。終局的には質の悪くなったハニカム ・コア・パネル構造から作られた全飛行機の操縦翼面は、多くのコストをかけて 再構成されるか或いは交換されなければならないこととなる。

耐食性を強化するために金属板上に保護コーティングを作ることは公知である。

例えば、米国特許第４．８９４．１２７号明細書は、アルミニウムの板の表面上 に酸化アルミニウムの１乃至３ミクロンの厚さのコーティングを作るのに使用さ れる陽極酸化法を開示する。耐食性を強化するための別の方法は、板状金属の表 面上に０．００２乃至０．００５インチの厚さの純アルミニウム膜をクラッドす ることである。米国特許第５、００７．２２５号明細書で開示される耐食性を強 化するための更に別の技術は、主として船の鉛部及び隔壁の構造に使用される、 金属のサンドイッチ状のパネル構造の内側及び外側の表面への塗料、気泡、及び 他の耐腐食材料の適用を含む。

ハニカム・コア・パネル構造の耐食性を強化するための表面コーティングの使用 は、２つの理由のために望ましくない。

第１に、ハニカム型のコアは、表面コーティングが覆わない領域では腐食し易い ままである。これらの露出した領域の腐食は、結局全パネルの劣化の原因になり 、莫大なコストをかけて飛行機の操縦翼面の修理或いは交換をすることになる。

第２に、ハニカム型のコアに施される表面コーティングは、飛行機のｉｉｉをか なり増す原因になり、これは飛行機の飛行の効率及び飛行性能を落す。

代替の腐食防止技術は、金属加工物の表面への金属イオンのデポジットである。

例えば米国特許第５．０５５．３１８号明細書は、アルゴン・イオンの加速ビー ムが、金属材料の表面上にクロム原子の薄膜を形成するのに使用される方法を開 示する。

同じイオン・ビームのデポジット処理は、金属の剃刀の刃、タービン・ブレード 、及び軸受はレースの表面上にダイヤモンドの薄膜を作るのに使用される。しか し、上記で述べられた応用例にも関わらず、ハニカム・コア・パネル構造の耐食 性を強化するためのイオン・ビームのデポジット処理の存在は全く知られていな い。

アルミニウムのハニカム−コア・パネル構造の腐食を防止するための効果的な技 術がないために、飛行機の設計者は、より重く、腐食性のより低い金属か或いは 代りの一般的な構成技術で代用してきた。より重い代替金属は、飛行機の製造コ ストをかなり増し、飛行機の飛行の効率及び飛行性能を著しく落す。チタンのよ うな、より軽量の代替金属でさえ、飛行機の主梃及びコストを増して望ましくな い影響をもたらす。

不腐食性の非金属材料が代用され得る。しかし、そのような材料も、コストを増 すことに加えて、低い強度対重量の比率を有するために望ましくない。

アルミニウムは、一般的に使用される金属の中で最も良いｆｆ１ｆｉｌｔ対強度 の比率を有するので、飛行機の操縦翼面の設計にアルミニウムのハニカム・コア ・パネル構造を使用して、その性能を保持せざるを得ない。従って、アルミニウ ムのｌ＼二カム・コア・パネル構造の耐食性を強化するための効果的な方法を提 供する必要がある。

発明の概要 従って、イオン・ビームによる強化デポジットを使って環境腐食しない合金を作 って、ハニカム型コアの金属の表面の特性を変えることによってハニカム・コア ・パネル構造の磨耗、腐食、及び掻き傷に対する耐性を強化するための方法を提 供することが、本発明の主要な目的である。

従来の腐食防止技術によってもたらされるような重性増加をすることなしに、ハ ニカム・コア・パネル構造の耐食性を強化するための方法を提０（することが本 発明の別の目的である。

現存の耐食性技術によるよりも磨耗により長い期間耐えるように、ハニカム・コ ア・パネル構造の耐食性を強化するための方法を提供することが本発明の更に別 の目的である。

内部の腐食によって生じる飛行機の操縦翼面の致命的な事故の危険を減らすこと によって飛行の安全性を高めるようにハニカム・コア・パネル構造の耐食性を強 化するための方法を提供することが本発明の別の目的である。

時が経って、枢要な飛行機の操縦翼面を再構成したり或いは交換したりする必要 を無くすことによってライフ・サイクルでの材料のコストをかなり削減するとい う得を具現するであろうハニカム・コア・パネル構造の耐食性を強化するための 改良された方法を提供することが、本発明の更に別の目的である。

本発明の前述の及び他の目的は、イオン・ビームによる強化デポジット処理を使 用することによるハニカム−コア・パネル構造の耐食性を強化するための改良さ れた方法を提供することによって具現される。本発明の１つの態様に於て、予め 選択された金属のイオンは、ハニカム型コアの金属の前及び後ろの表面の中へ予 め決められた深さにデポジットされる。

表面内へイオンがデポジットされる深さは、所望の耐食性の範囲を得るように調 節され得る。この方法は、コアの金属表面上に金属イオンの薄膜状のコーティン グの生成もする。本発明の別の態様に於て、強化された耐食性はハニカム・コア ・パネル構造の２枚の外側の表皮層の表面に金属イオンを埋め込むことによって 獲得され得る。

図面の簡単な説明 好ましい実施例は、図面を参照して説明される。

図１は、本発明の方法を使って腐食に耐えるように処理されたハニカム・コア・ パネル構造のコア及び外側の表皮層の略図である。

図２は、本発明の工程に含まれる拡張段階に於て採られるステップを示す線図で ある。

図３は、本発明の工程に含まれる波形付は段階に於て採られるステップを示す線 図である。

好ましい実施例の説明 本発明の方法は、概して、イオン・ビームによる強化デポジットを使って、予め 選択された材料のイオンをハニカム型のコア材料の中に入り込ませることによっ てハニカム・コア・パネル構造の耐食性を強化することに関する。

図１は外側の表皮層２及び３とハニカム型のコア４とを具偏する普通のハニカム ・コア・パネル構造を示す。ノ＼ニカム型のコア４は非常に薄く、普通０．００ ０７乃至０．　００３インチの厚さであり、パネル構造の構造的強度を強化する ように設計される複数の相互連結された六角形の巣形室１８から構成されている のが好ましい。

イオン・ビームによる強化デポジットは、打ち込まれる材料である金属要素の試 料の入った真空室内に金属加工物を最初に置くことを含む。金属要素は、その沸 点まで加熱されて、加工物の表面を取り囲む室内に金属イオンの蒸気を作る。室 内のイオン加速装置は、加工物のターゲット表面へ向って予め選択された材料の イオンの流れを加速する。流れの中のイオンは金属の蒸気イオンと衝突して、そ れらを金属加工物の表面へ駆動する運動エネルギーをそれらに伝える。

本発明の腐食防止方法は、ハニカム型のコアの最初の製造ステップで始まる多数 のステージを有する工程である。工程の第１のステージは、ハニカム形のコアの 金属がまだ未加工の板状金属の形状である時に、その中へ予め選択された材料の イオンを入り込ませることを含む。図２及び３に示されるように、巻き物即ちロ ール形のコア金属１０は、その中の金属イオンの蒸気３８を作るための蒸気発生 装置３６を備えた真空室３７内に配置される。室３７の内部と連絡しているイオ ン加速装置３５は、予め選択された材料のイオンを、均一の割合で、高エネルギ ーのレベルまで、即ち通常、数百キロ電子ボルトに加速して、コア金属ｌＯの表 面へ向って方向付けられる高速のイオンの流れ１４を生成する。イオンの流れ１ ４は蒸気３８内の金属イオンにぶつかって、それらの金属の蒸気イオンをコア金 属１０の表面を通って予め決められた深さまで駆動する。イオンはコア金属の原 子と混って、大気の湿気によって腐食しない合金を旨い具合に形成する。入り込 んだ金属イオンは非常に小さいので、それらは薄いコアの壁の全表面領域を旨く 処理することができる。

同時に、コア金属ｌＯの表面上で漂っている金属イオンの蒸気は、その上に金属 の薄膜のコーティングを形成して、腐食から更に保護する。コア金属へイオンが 浸透する深さは、イオン加速装置の加速の大きさによって制御され、コーティン グの厚さはデポジット工程を続ける時間によって制御される。

イオン・ビームによる強化デポジット処理は、金属加工物の全表面を旨く処理し て、腐食防止を最強にする。

工程の第２のステージは、拡張段階か或いは波形付は段階の何れかを含んで、そ こではイオンが入り込んだコア金属をハニカム型のものに加工する。拡張のステ ージ中に、図２に示されるように、まだ巻物形のイオンを打ち込まれたコア金属 １０は、構造物用接着剤１１の連続するリボンでコア金属１０の表面を処理する 一連の高精密機械（図示されていない）に供給される。図２に於て参照岳号１６ で示される、今処理されて、且つイオンを打ち込まれたコア金属ＩＯは、所望の 寸法に裁断されて、それから層の上に層を積上げて、所望の厚さを有する金属ブ ロック１８を形成する。この金属ブロックは、市場ではＨＯＢ　Ｅ　（ｈｏｎｅ ７ｃｏＩＩｌｂ　ｂｅｌｏｒｅ　ｕｐａｎｓｉｏｎ）　（未拡張ハニカム）ブロ ックとして知られる。予め決められた厚さの水平方向の薄片は、金属ブロック１ ８から鋸で切られてＨＯＢＥの薄片２０を形１戊する。

波形付けのステージでは、図３に示されるように、巻物形のイオンの打ち込まれ たコア金属１０は所望の幅に裁断されて、一対の波形の付いたロール３０の噛み 込み部に供給される。波形の付いたロール３０はコア金属を変形して、波形にさ れた板状体３２を形成する。それから波形にされた板状体３２はロールから切り 取られ、その表面は構造物用接着剤（図示されていない）で処理される。それか ら複数の波形の板状体は他方の上に積み重ねられて、剛性の波形にされたブロッ ク３４を形成する。夫々の波形にされた板状体３２上の接着剤は、夫々の隣接す る板状体に接着されて、剛性のハニカム形の断面を形成する。予め決められた幅 の薄板はブロック３４から鋸で切り取られて、ハニカム型のコア４を構成する波 形のパネルを形成する。

上記で説明された工程は、材料の特性、例えば波形の付いたロール３０のコア金 属１０を望ましい巣室の幾何学的形状に変形する能力に不利に影響し得る金属コ アＩＯの堅さで変化し得る。波形付けのステージ中のコア金属の適切な変形を確 実にするために、イオン・ビームによる強化デポジション処理が、コア金属ｌＯ の波形付は後の成る点で代りに行われ得る。例えば、波形にされた板状体３２の 表面にイオンを打ち込むために波形を付けられたロール３０（図示されていない ）の後の適所にイオン加速装置３５が配置され得る。

工程の第３のステージは、ハニカム・コア・パネル構造の外側表皮層２及び３を 形成することであり、それらの寸法は、第２のステージで作り出されたハニカム 形のコアの寸法に適合する。外側の表皮層２及び３の形成は、従来の技術の使う ことによって具現される。

工程の最後のステージは、外側の表皮層２及び３並びにハニカム型のコア４の整 えられていない縁部をサンドペーパーで磨き、ドリルで穴を開け、合せることを 含む。それから外側の表皮層２及び３は、好ましくは接着剤の接着処理によって 、ハニカム型のコア４の両方の側部に固着するように取り付けられて、強化され た耐食性の特徴を有する完成したハニカム・コア・パネル構造を形成する。

最良の様式であり、本発明の第１の態様では、ハニカム形のコア４はアルミニウ ム或いはその合金の１つから作られ、打ち込まれたイオンはモリブデンである。

イオン加速装置は、アルゴンの加速されたイオンをコア金属の前表面の上で漂っ ているモリブデン・イオンの蒸気へ方向付ける。アルゴン・イオンの流れは、蒸 気状態のモリブデン・イオンと衝突し、モリブデン・イオンをコア金属の前表面 を通って、コアの壁の巾の予め決められた深さに打ち込むように駆動する。イオ ンはアルミニウムのコアの表面の特性を変えて、腐食しないアルミニウムーモリ ブデン合金を形成する。イオン加速装置内のアルゴン・イオンの加速を増すこと によって、モリブデン・イオンのコアの壁内への浸透は、数オンゲストロムから 数ミクロンに至る範囲の所望する最適の深さに到達するように調節できる。

本発明の方法の第２の態様に於て、ハニカム・コアの前及び後ろの表面は、予め 選択された材料のイオンを埋め込まれて、長い期間の時間に亘って腐食に対する 最も効果的な耐性を実現する。

本発明の第３の方法の態様に於て、外側の表皮層２及び３の表面は、ハニカム型 のコア４に使用されるイオン−ビームによる強化デポジション処理と同じ方法で イオンが埋め込まれる。イオンが埋め込まれた外側の表皮層２及び３は、下にあ るハニカム型のコアに対する外側の障壁として働くことによって強化された腐食 防止保護を旨い具合に施す。

本発明の処理は、棚、隔壁、及び床面のようなアルミニウム及びアルミニウム合 金の板状体や板から作られる他の構造の耐食性を強化するのに他の材料と同様に 使用され得る。更に、該処理はねじ孔のための皿もみ及び端ぐりのような、それ らの組み立て工程中に腐食に対して敏感になってしまった領域を保護するのに使 用され得る。

本発明の他の変更実施例及び変形実施例は、上述の開示によって当業者には明白 であろう。従って、本発明の成る実施例のみがここで特別に説明されたが、その うえに数多くの変更実施例が、本発明の意図及び範囲がら逸脱することなしに作 られ得るということは明白であろう。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成７年１月１７日　−

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．ハニカム型のコアの両側面に接着される２枚の外側の表皮層を有する、ハニ カム・コア・パネル構造で、大気の湿気によって生じる腐食を防止するための方 法であり；アルミニウム或いはその合金の１つから構成されるハニカム型のコア 及び２枚の外側の表皮層のためのコア金属を準備することと； 予め決められた金属のイオンを含む蒸気内にコア金属を浸すことと； コア金属の表面へ向って予め選択された材料のイオンの流れを方向付け、前記イ オンの流れが、前記蒸気内の金属イオンと衝突して、金属イオンを少なくとも１ 枚のコア金属の表面を通って予め決められた深さまで駆動し、その結果腐食しな い合金が前記コア金属と前記予め決められた金属との間に形成されるようにする ことと； 前記コア金属をハニカム型の構成体に変形して、ハニカム・コア・パネル構造の ハニカム型のコアを形成すること；のステップを具備する方法。
2. ２．イオンが埋め込まれたコア金属の表面上に薄膜状の金属のコーティングを形 成するステップを更に具備する、請求項１記載の方法。
3. ３．前記コア金属が波形付け方法或いは拡張方法の何れかを使用することによっ て変形される、請求項１記載の方法。
4. ４．前記金属イオンが、コア金属の前及び後ろの表面の中へ入り込むようにされ 、前記金属イオンが前記コア表面の中へ予め決められた深さまで浸透する、請求 項１記載の方法。
5. ５．イオンの蒸気内に２枚の外側の表皮層を浸し、それから前記金属イオンを前 記表皮層の少なくとも１つの表面の中へ前記予め決められた深さまで埋め込むス テップを更に具備する、請求項１記載の方法。
6. ６．前記予め決められた金属がモリブデンである、請求項１記載の方法。
7. ７．前記予め選択された材料がアルゴンである、請求項１記載の方法。
8. ８．前記予め決められた深さが、数オンダストロムから数ミクロンまでに広がる 範囲で調節可能である、請求項１、４、及び５の何れか１項記載の方法。
9. ９．ハニカム型のコアの両側面に接着される２枚の外側の表皮層を有する、ハニ カム・コア・パネル構造で、大気の湿気によって生じる腐食を防止するための方 法であり；予め決められた金属から構成されるハニカム型のコア及び２枚の外側 の表皮層のためにコア金属を準備することと；予め決められた金属のイオンを含 む蒸気内にコア金属を浸すことと； 予め決められた材料のイオンの流れを前記蒸気を通してコア金属の表面へ向って 方向付け、前記イオンの流れが、蒸気内で金属イオンと衝突して、それによって 金属イオンを駆動してコア金属の少なくとも１つの表面を通って、前記金属イオ ンがコア金属の予め決められた深さに埋め込まれて、前記コア金属と前記金属イ オンとの間に腐食しない合金を形成するようにすることと； 前記コア金属をハニカム型の構成体に変形して、ハニカム・コア・パネル構造の ハニカム型のコアを形成すること；のステップを具備する方法。
10. １０．イオンが埋め込まれたコア金属の表面上にイオン蒸気中で金属の薄膜のコ ーティングを形成するステップを更に具備する、請求項９記載の方法。
11. １１．前記コア金属が、その金属の前及び後ろの表面上をイオンによって衝撃さ れる、請求項９記載の方法。
12. １２．前記コア金属が、アルミニウム或いはその合金の１つである、請求項９記 載の方法。
13. １３．前記コア金属が、波形付け方法或いは拡張方法の何れかによって変形され る、請求項９記載の方法。
14. １４．金属イオンがモリブデンから作られる、請求項９記載の方法。
15. １５．前記材料がアルゴンである、請求項９記載の方法。
16. １６．予め選択された金属から構成される第１及び第２の外側の表皮層と； 予め選択された金属によって構成され、前記第１と第２の外側の表皮層間に配置 されるハニカム型のコアであり、予め選択された材料のイオンが予め決められた 深さまで埋め込まれたイオンを持つ壁を有する相互連結された複数の六角形の巣 室から作られ、また予め選択された材料のイオンと相互に作用して耐食性の物質 を作るコアと； 前記ハニカム型のコアの前方と後方の表面を前記第１及び第２の外側の表皮層に 夫々接着するための接着手段；とを具備する、補強構造物の組立てで使用するた めのサンドイッチ型のパネル構造。
17. １７．前記予め選択された金属が、アルミニウム或いはその合金の１つを含むグ ループの１つから構成される、請求項１６記載のサンドイッチ型のパネル構造。
18. １８．前記第１及び第２の外側の表皮層が、アルミニウム或いはその合金の１つ を含むグループの１つから構成される、請求項１６記載のサンドイッチ型のパネ ル構造。
19. １９．前記予め選択された材料がモリブデンである、請求項１６記載のサンドイ ッチ型のパネル構造。