引言
圖1所示電位序不同的材料，在潮濕環(huán)境下直接接觸會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。兩種材料在電位序中離得越遠(yuǎn)，其腐蝕的過(guò)程就越快，這在使用緊固件裝配的構(gòu)件中表現(xiàn)得特別突出。例如未經(jīng)過(guò)表面處理的鈦合金螺栓與鋁合金構(gòu)件連接，作為陽(yáng)極的鋁合金材料會(huì)被腐蝕掉。
《中國(guó)民用飛機(jī)適航規(guī)章)>CCAR25中關(guān)于構(gòu)件保護(hù)的條款，規(guī)定每個(gè)構(gòu)件必須滿足下列要求：
(1)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，以防止使用中由于任何原因而引起性能降低或強(qiáng)度喪失。這些原因包括氣候、腐蝕和磨損。
(2)在必須保護(hù)的部位有通風(fēng)和排水措施。
為了確保飛機(jī)構(gòu)件滿足CCAR25條款，必須對(duì)飛機(jī)構(gòu)件，尤其是緊固件進(jìn)行表面處理防護(hù)。隨著復(fù)合材料在民用飛機(jī)，包括主承力結(jié)構(gòu)的多個(gè)區(qū)域上的大量應(yīng)用，鈦合金緊固件因與碳纖維復(fù)合材料的電位匹配，得到廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)鈦合金緊固件表面處理的應(yīng)用與研究就顯得格外重要。
1、民用飛機(jī)鈦合金緊固件表面處理的分類
目前鈦合金緊固件的表面處理主要有涂鋁、涂鋁+十六醇潤(rùn)滑(適用于連接鋁合金構(gòu)件)、離子鍍鋁+十六醇潤(rùn)滑(適用于連接鋁合金構(gòu)件)、二硫化鉬干膜潤(rùn)滑+十六醇潤(rùn)滑(適用于連接復(fù)合材料構(gòu)件、鈦合金構(gòu)件、復(fù)合材料和鈦合金的混合連接)、藍(lán)色陽(yáng)極化+十六醇潤(rùn)滑(適用于連接復(fù)合材料構(gòu)件、鈦合金構(gòu)件、復(fù)合材料和鈦合金的混合連接)、二硫化鉬干膜潤(rùn)滑(適用于連接復(fù)合材料構(gòu)件、鈦合金構(gòu)件、復(fù)合材料和鈦合金的混合連接)、十六醇潤(rùn)滑(適用于連接復(fù)合材料構(gòu)件、鈦合金構(gòu)件、復(fù)合材料和鈦合金的混合連接)等7種表面處理形式。
1.1涂鋁
鈦合金緊固件涂鋁的標(biāo)準(zhǔn)按HS294或NAS4006，涂層由酚醛樹(shù)脂、鋁粉、特種助劑及稀釋劑組成。涂鋁后的鈦合金緊固件具有耐磨、耐腐蝕等特性，可消除鈦合金和鋁接觸產(chǎn)生的異電位腐蝕而替代鋼緊固件來(lái)連接鋁合金構(gòu)件，起到減重的作用。
1.2離子氣相沉積(IVD)鍍鋁
IVD鍍鋁的鍍層中含有99％以上鋁成分，一般按MIL-DTL-83488中Ⅱ型3類的方式對(duì)鈦合金緊固件進(jìn)行IVD鍍鋁處理，鋁鍍層厚度為0.0003in。在IVD后，按MIL-C-5541進(jìn)行鉻酸陽(yáng)極化處理，經(jīng)該處理后的鈦合金緊固件的耐鹽霧性更好，而且IVD鍍鋁層的導(dǎo)電性較鋁涂層好。
1.3二硫化鉬干膜潤(rùn)滑
二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的標(biāo)準(zhǔn)按AS5272或HS292或MIL-L-46010。二硫化鉬干膜潤(rùn)滑劑由樹(shù)脂(環(huán)氧樹(shù)脂)、粉狀固體潤(rùn)滑材料(二硫化鉬)、黏結(jié)劑、添加劑和稀釋劑等組成。二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的緊固件具有耐高低溫、耐脫漆劑、耐腐蝕、耐液體介質(zhì)、降低摩擦、減少磨損、提高承載能力、改變鎖緊力等功能。
1.4十六醇潤(rùn)滑
十六醇潤(rùn)滑的標(biāo)準(zhǔn)按AS87132或HS305。常用的十六醇主要有兩種溶解方式：一種是溶解在石油基溶劑中的十六醇，另一種是溶解在水基溶劑中的十六醇(用于特殊環(huán)境)。十六醇能起潤(rùn)滑、防干涉等作用，但在高于50℃的環(huán)境下易揮發(fā)。對(duì)于需要涂覆聚硫密封膠的部位(如油箱)，只能選用十六醇潤(rùn)滑的緊固件，而不能使用二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的緊固件，因?yàn)槭寄苡帽热軇┣逑吹簦蚧f潤(rùn)滑膜很難去除，只能用熱濃硫酸等強(qiáng)氧化劑去除，并且二硫化鉬干膜與密封膠的附著不牢，容易導(dǎo)致漏油等事故。
2、國(guó)內(nèi)外民用飛機(jī)鈦合金緊固件表面處理的現(xiàn)狀
2.1涂鋁
我國(guó)鈦合金緊固件涂鋁工藝水平是當(dāng)前制約國(guó)產(chǎn)鈦合金緊固件進(jìn)人民用飛機(jī)市場(chǎng)的一個(gè)重大阻礙，目前雖有國(guó)內(nèi)制造企業(yè)已取得突破，但涂鋁后的緊固件的耐脫漆劑、耐腐蝕性能仍不能滿足規(guī)范要求，而國(guó)外主流民用飛機(jī)鈦合金緊固件鋁涂層厚度均勻，且附著力穩(wěn)定，耐脫漆劑、耐腐蝕性能好，色澤明亮。
2.2離子氣相沉積(IVD)鍍鋁
由于IVD鍍鋁的設(shè)備昂貴，而且鍍覆時(shí)間長(zhǎng)，效率低，目前國(guó)內(nèi)外IVD鍍鋁的鈦合金緊固件用量均較少，而大量使用的是涂鋁的鈦合金緊固件。
2.3二硫化鉬干膜潤(rùn)滑
我國(guó)二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的緊固件易在螺紋部位或頭下圓角部位發(fā)生膜層淤積的現(xiàn)象，而國(guó)外二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的緊固件涂層厚度均勻，且附著力穩(wěn)定，耐腐蝕性好，色澤光亮。
2.4十六醇潤(rùn)滑
我國(guó)大多采用溶于石油基溶劑的十六醇，對(duì)緊固件潤(rùn)滑后，由于石油基溶劑易揮發(fā)，當(dāng)緊固件貯存一段時(shí)間后，溶劑揮發(fā)，十六醇結(jié)晶析出，形成一個(gè)個(gè)小凸起，大大影響了潤(rùn)滑效果及緊固件的裝配，而國(guó)外目前多采用溶于水基溶劑的十六醇，避免了此問(wèn)題。
3、鈦合金緊固件表面處理的驗(yàn)證方法
3.1涂鋁的驗(yàn)證方法
對(duì)涂鋁后的緊固件按表1的要求進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足HS294中的要求。
3.2IVD鍍鋁的驗(yàn)證方法
對(duì)IVD鍍鋁緊固件的驗(yàn)證按表2的要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足MIL—DTL一83488的要求。
3.3二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的驗(yàn)證方法
對(duì)二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的緊固件按表3的要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合HS292的要求，但對(duì)制造商的干膜潤(rùn)滑驗(yàn)證方法和要求應(yīng)按AS5272進(jìn)行。
3.4十六醇潤(rùn)滑的驗(yàn)證方法
十六醇潤(rùn)滑前，需對(duì)十六醇和溶劑進(jìn)行表4中的驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足AS87132的要求；對(duì)十六醇潤(rùn)滑后的緊固件進(jìn)行目視和觸摸，零件應(yīng)光滑，且應(yīng)涂覆均勻，釘桿、鎖緊槽、螺紋上沒(méi)有凸起，零件應(yīng)呈現(xiàn)為白色或淺色。
4、鈦合金緊固件表面處理的發(fā)展趨勢(shì)
(1)隨著歐盟提出碳排放限制等民用航空環(huán)保要求，在飛機(jī)上防止有毒物(例如Cd6+)的產(chǎn)生也成為趨勢(shì)，而傳統(tǒng)的鋼緊固件以表面鍍鎘為主。另外，當(dāng)前能替代鍍鎘鋼緊固件的涂鋁鈦緊固件中也含有cd6+的成分，因此研制僅含Cd3+或不含鎘成分的鋁涂層鈦合金緊固件成為當(dāng)前各大民用飛機(jī)鈦合金緊固件生產(chǎn)商的主要研發(fā)方向；
(2)大量使用水基溶劑溶解十六醇，因?yàn)槭突軇┰谫A存過(guò)程中易揮發(fā)；
(3)對(duì)鈦合金螺栓和環(huán)槽鉚釘，由浸涂二硫化鉬干膜潤(rùn)滑劑改為噴涂，可以提高涂層和釘桿的附著力。另外，通過(guò)控制溶液的噴涂速度、時(shí)間，以及采用電泳等工藝方式，提高涂層厚度的均勻性。
5、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前民用飛機(jī)國(guó)產(chǎn)化的工作已經(jīng)全面啟動(dòng)，而鈦合金緊固件的國(guó)產(chǎn)化研制是重點(diǎn)，但表面處理工藝一直是一個(gè)困擾鈦合金緊固件國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)，我國(guó)在鋁涂層原料的驗(yàn)證、配方、噴涂工藝的完善上還需要多方面長(zhǎng)期的努力，還需大力提高二硫化鉬干膜潤(rùn)滑的膜層均勻度，并盡快大量采用水基溶劑的十六醇潤(rùn)滑劑，解決十六醇潤(rùn)滑緊固件的貯存和長(zhǎng)期使用問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
[1]緊固件連接設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.
[2]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造[M].北京：航空工業(yè)出版社.2008.
[3]鈦及鈦合金表面處理技術(shù)和應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2O10.
[4]金屬腐蝕理論及腐蝕控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.
相關(guān)鏈接
