航空用憎水膜层的环境失效行为研究

【类型】学位论文

【作者】李允伟 

【关键词】 憎水膜层 不同环境 腐蚀 失效行为 金属基材

【摘要】航空零件由于其复杂性和环境条件的恶劣变化，尤其是飞机零件的连接缝隙部位往往会成为腐蚀较严重的部位，憎水处理是将一种由95%航空汽油溶解的憎水剂溶液涂覆在飞机零件的专门处理工艺，处理后，在零件表面获得了一层厚度小于1µm的薄的憎水膜层，由于憎水剂溶液的强渗透性使得飞机零件表面及缝隙处得到好的憎水性能，从而提高零件的耐腐蚀性能。同样憎水膜层在飞机实际服役环境中会受到温度、湿度、积水等的影响，导致憎水膜层的憎水性能及其防护性能下降。因此，研究憎水膜层在模拟服役环境中的失效行为，对飞机零件应用这种憎水膜层提高其防腐蚀性能具有重要价值。 本文以航空工厂应用多年的BH-102憎水剂及憎水处理工艺为对象，分别在碳钢磷化、铝合金及铝合金阳极氧化表面制备憎水膜层，考察膜层在室内外大气暴露环境、模拟积水浸泡环境、高低温环境（80℃、180℃、260℃和-15℃、0℃）和湿热（43℃，RH 95%）条件下的憎水角等变化，探讨这些环境条件对憎水膜层性能的影响以及憎水膜层的失效行为。 研究发现，碳钢磷化膜上的憎水膜层在室外大气环境中暴露196天中，其膜层憎水角受环境的影响较大，下降较快；而在室内大气环境暴露376天中，膜层的憎水角则变化较小；室外与室内大气环境暴露对铝合金阳极氧化试样表面的憎水膜层的影响规律与碳钢磷化膜上的憎水膜层类似，即憎水膜层受室外大气环境的影响大。 在模拟积水环境中碳钢磷化表面及铝合金表面的憎水膜层的憎水角衰减速度明显快于大气环境，说明飞机零件表面的憎水膜层对介质的浸泡比较敏感。这是因为憎水膜层对水的长期接触、吸收，使得溶液中水分子和离子得以扩散到基材，基材的腐蚀又进一步加速了憎水膜层的失效。 环境温度对碳钢磷化表面的憎水膜层的憎水性能影响较大，高温环境温度影响力大小为80℃<180℃<260℃；环境温度升高，导致憎水膜层表面的Si-O-Si键和Si-H键断裂。低温环境中碳钢磷化表面的憎水膜层在-15℃中憎水性能的衰减速度大于0℃。 湿热环境（43℃，RH 95%）对碳钢磷化表面的憎水膜层影响较小，憎水角、憎水角滞后及憎水膜层成分变化不明显。 经过10个周期的盐雾、光老化等复合环境作用，环氧底漆+环氧面漆的钢/铝合金连接件，在连接处的螺钉表面出现了明显的材料腐蚀。而同样的连接零件表面在涂覆环氧底漆+环氧面漆的基础上，又涂覆了薄薄的一层航空用憎水膜层，同样经过10个周期的盐雾、光老化等复合环境作用，试样表面及整个连接缝隙处没有发生材料腐蚀。憎水膜层延长了连接件的环境失效周期。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李卫平

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