引言

緊固件（鈦標(biāo)準(zhǔn)件）是航空航天產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛、使用量最大的基礎(chǔ)產(chǎn)品，我國著名的ARJ21-700飛機、C919大飛機總設(shè)計師吳光輝先生也盛贊緊固件“數(shù)以萬計，類以群分，連結(jié)構(gòu)，接系統(tǒng)，小物大為”[1]，緊固件的質(zhì)量穩(wěn)定性直接關(guān)系到飛機、飛行器的可靠性能、工作性能以及安全性能。鋁涂層作為緊固件的主要防護方式之一[2]，其主要作用為防接觸腐蝕，而厚度均一性和穩(wěn)定性是評價緊固件鋁涂層性能的重要指標(biāo)，緊固件所有工作面涂層厚度均應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（5.0～12.7μm），否則很容易發(fā)生接觸腐蝕[3]，引發(fā)質(zhì)量安全事故，造成機毀人亡的嚴(yán)重后果。目前，行業(yè)內(nèi)緊固件主要噴涂方式為人工手動涂覆，該涂覆方式受人為主觀因素影響較大，例如手持噴槍的移動速率、噴槍與產(chǎn)品表面間的距離、手部翻動銅網(wǎng)的力度、翻動銅網(wǎng)的次數(shù)等，導(dǎo)致緊固件表面鋁涂層厚度均一性、穩(wěn)定性和可控性問題，成為行業(yè)難題。因此，亟需研究一種不僅能夠滿足外觀、結(jié)合力相關(guān)要求，且有利于提高涂層厚度均一性、穩(wěn)定性和可控性的噴涂工藝。

1、設(shè)備及材料

全自動溫滾噴設(shè)備，涂鋁液，除油劑，化學(xué)粗化劑，自來水，氣動攪拌裝置，光桿直徑4mm、5mm、6mm的鈦合金螺栓，鋯珠，180目銅網(wǎng)，精度0.1g電子稱，卷尺，紅外線測溫槍，網(wǎng)格紙（0.5cm×0.5cm），烘箱，金相顯微鏡，3M膠帶。

2、影響分析

結(jié)合噴涂經(jīng)驗，對影響全自動溫滾噴工藝的噴涂參數(shù)總結(jié)如下。

1）噴距：指出漆口到產(chǎn)品表面的垂直距離，可通過卷尺進行測量。噴距過大，導(dǎo)致漆霧被抽風(fēng)系統(tǒng)抽走，造成涂料浪費，降低涂覆效率，且漆霧在到達(dá)產(chǎn)品表面過程中會出現(xiàn)固化，涂料無法在產(chǎn)品表面流平，產(chǎn)品出現(xiàn)起毛現(xiàn)象；噴距過小，會造成漆霧在產(chǎn)品表面分散不充分，過于集中，涂層表干慢，容易產(chǎn)生刮花、磕碰等外觀問題。

2）噴幅：指噴槍一次性噴出的漆霧被霧化后的形狀，決定了單次噴涂過程中，漆霧在產(chǎn)品表面的覆蓋面積。噴幅越大，單次噴涂在產(chǎn)品表面形成的覆蓋面積越大，涂層厚度均勻性越好，但容易起毛，影響產(chǎn)品外觀；噴幅越小，單次噴涂在產(chǎn)品表面形成的覆蓋面積越小，涂層厚度均勻性越差。

3）噴涂頻率：指噴涂-烘干時間。主要作用是保證產(chǎn)品表面充分表干，同時保證有充足時間排出滾筒內(nèi)多余懸浮漆霧。噴涂頻率越快，產(chǎn)品表干時間越短，越容易出現(xiàn)涂層刮花，厚度增加困難等問題；噴涂頻率越慢，產(chǎn)品出現(xiàn)磕碰傷的可能性越大。

4）溫度：指產(chǎn)品表面實際溫度。可使用紅外線測溫槍輔助測量。溫度越低，產(chǎn)品表干越慢，越容易出現(xiàn)刮花問題；溫度過高，會使噴槍出口處的涂鋁液固化，出現(xiàn)堵槍現(xiàn)象，同時增加產(chǎn)品起毛概率。

5）鋯珠配比：指一次噴涂中鋯珠和產(chǎn)品的質(zhì)量比。

鋯珠主要起緩沖作用，防止產(chǎn)品在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)磕碰，影響螺紋通止。鋯珠添加量少，導(dǎo)致緩沖效果不明顯，產(chǎn)品出現(xiàn)磕碰傷；鋯珠添加量多，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。

6）轉(zhuǎn)速：指滾筒在噴涂過程中的轉(zhuǎn)動速率。轉(zhuǎn)速越快，涂層均勻性越好，但容易產(chǎn)生磕碰傷；轉(zhuǎn)速越慢，涂層厚度均勻性越差。

7）出漆量：指一次噴涂過程中，涂料噴出的量。出漆量過小，會導(dǎo)致噴槍堵塞問題；出漆量過大，會導(dǎo)致涂層表干慢，影響涂層外觀。

8）壓強：指壓縮空氣作用于噴槍的壓力，主要作用是頂開頂針、噴出漆霧。壓強過小，漆霧無法到達(dá)產(chǎn)品表面；壓強過大，會造成漆霧在滾筒內(nèi)部反彈，產(chǎn)品表面出現(xiàn)起毛現(xiàn)象，且對噴涂室環(huán)境造成不良影響。

由上可知，影響溫滾噴涂層質(zhì)量的因素眾多，且不同因素之間相互影響、相互制約，通過一系列工藝驗證，尋求最優(yōu)噴涂參數(shù)組合，是解決涂層厚度均勻性的關(guān)鍵。

3、試驗過程

3.1螺栓前處理

試驗螺栓在全自動溫滾噴前，按表1所列工序及參數(shù)進行前處理。

3.2溫滾噴涂覆

前處理完成后，按表2所列驗證方案開展驗證試驗。

3.2.1鋯珠的選擇

鋯珠的選擇原則：1）氧化鋯的含量為10%～20%；2）直徑為2～4mm，在確保不被產(chǎn)品夾帶的前提下，應(yīng)盡量選用小規(guī)格。

3.2.2出漆量測定

出漆量測定方式：取一張網(wǎng)格紙，網(wǎng)格尺寸為0.5cm×0.5cm，噴涂間歇時，迅速將網(wǎng)格紙放置于噴槍所指區(qū)域的產(chǎn)品表面，并保持不動，接收1～4s的完整噴漆量于網(wǎng)格紙上。

3.2.3涂覆過程

1）配制涂鋁液：將涂鋁液A、B兩種組分混合，并使用稀釋劑調(diào)節(jié)黏度，用氣動攪拌裝置攪拌5～10min，遮蓋靜置15～20min后用120目以上銅網(wǎng)過濾備用，并在燒杯上標(biāo)識涂料成分、配制完成時間和活化截止時間。

2）全自動溫滾噴：按表2所列進行噴涂參數(shù)設(shè)定。

噴涂過程中，應(yīng)每隔10min取樣檢查產(chǎn)品涂層厚度，當(dāng)使用千分尺測量光桿涂層厚度達(dá)到7～8μm時，按下噴涂開關(guān)，結(jié)束噴涂。立即將產(chǎn)品及鋯珠取出，使用塑料篩分離產(chǎn)品與鋯珠，將產(chǎn)品裝入不銹鋼托盤內(nèi)，并放入提前預(yù)熱好的烘箱進行固化。

3.3鑒定試驗

3.3.1外觀

1）技術(shù)要求：涂鋁完成后，產(chǎn)品外觀應(yīng)光亮、顏色均勻，不應(yīng)有孔洞、氣泡、堆積、劃痕、碰傷或其他有害缺陷。

2）試驗方法：采用目視法對產(chǎn)品外觀進行檢驗。

3.3.2結(jié)合力

1）技術(shù)要求：涂鋁層應(yīng)連續(xù)、緊密的黏附在基體金屬表面，按照相關(guān)試驗方法試驗后，還需在4～6倍放大鏡下對結(jié)合力進行進一步檢查，涂層不應(yīng)出現(xiàn)與基體金屬接觸面分離的情況。

2）試驗方法：采用膠帶法對鋁涂層結(jié)合力進行檢測。將3M公司的250號膠帶貼于緊固件表面（頭部或光桿均可），按壓膠帶使之與緊固件表面連續(xù)緊貼，在與螺栓表面垂直的方向上迅速將膠帶去除。

3.3.3厚度

1）技術(shù)要求：螺栓所有工作面涂層厚度應(yīng)為5.0～12.7μm，工作面指螺紋、光桿、支撐面。

2）試驗方法：使用顯微鏡金相法對涂層厚度進行檢測，金相法是涂層厚度測量的仲裁方法。將緊固件進行剖切、鑲樣、打磨后，在顯微視野內(nèi)選取5個點測量涂層厚度，取5點平均值作為該部位涂層厚度。

3.4數(shù)據(jù)記錄

相關(guān)試驗數(shù)據(jù)記錄如表3所列。

3.5數(shù)據(jù)分析

通過對上述試驗數(shù)據(jù)分析可知，在方案1、6、11、16、19噴涂參數(shù)下加工的產(chǎn)品，其外觀、結(jié)合力、厚度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，故得到最優(yōu)噴涂參數(shù)組合，具體如表4所列。

4、結(jié)語

通過對全自動溫滾噴工藝參數(shù)的優(yōu)化驗證，得到了最優(yōu)噴涂參數(shù)組合，在保證涂層外觀、結(jié)合力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，能夠顯著提升涂層厚度均勻性，有效避免了人工手動涂覆對涂層厚度的不良影響，產(chǎn)品合格率顯著提升，生產(chǎn)成本降低。

參考文獻：

[1]航天精工股份有限公司.緊固件概論[M].北京：國防工業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[2]萬冰華，張曉斌，游龔君，等.航空航天緊固件鋁涂層性能對比研究[J].電鍍與涂飾，2021（24）：1809-1816.

[3]萬冰華，張松林，林忠亮，等.航空航天鈦合金緊固件鋁涂層評價指標(biāo)及方法研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2017（1）：3.

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