基于脉冲激光清洗技术的飞机蒙皮除漆工艺及其表面完整性控制研究

• 作 者: 刘鹏飞
• 出 处: 山东理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 激光清洗 飞机蒙皮脱漆 清洗机理 微纳米结构

随着工业领域对环境要求的日益严苛,传统清洗方式已经无法满足工业需求,激光清洗技术的出现展现了其特有的优越性,弥补了传统清洗的种种不足,不仅减少了环境污染,还提高了清洗效率,应用范围也更加广阔。激光清洗在近年来得到广泛关注,主要优点包括无污染、无接触、成本低、效率高、可控性好、可选区精密清洗、可清洗难以到达的危险区域等。在航空航天领域,飞机金属蒙皮经过长时间服役,表面的漆层会发生老化、开裂和脱落等现象,为保证飞机飞行的稳定性和安全性,必须定期清理原有漆层以便于对表面重新涂装。本文以飞机蒙皮常用2024铝合金、304不锈钢等作为实验材料,表面TB06-9、TS70-1漆层作为清洗对象,利用脉冲光纤激光器针对飞机蒙皮表面漆层开展了激光清洗实验研究:(1)对激光清洗的清洗参数优化及影响规律进行研究。提出一种利用灰度值评价清洗表面洁净程度的方法,借助MATLAB软件对三维形貌仪采集的清洗表面图像进行灰度转换,发现在90.9-102灰度区间的样品清洗效果较好。利用XPS、XRD分析灰度区间的表面元素,结果表明漆层微量元素含量大大降低,验证了清洗效果的有效性。在有效灰度区间基础上进行工艺参数的优化,对不同激光功率、扫描速度、脉冲频率和光斑直径下清洗TB06-9漆层及TB06-9/TS70-1复合漆层表面进行评价,通过灰度值极差法发现扫描速度对漆层清洗效果影响最小,光斑直径对TB06-9漆层清洗效果影响最大,激光功率对复合漆层清洗效果影响最大。(2)通过对铝合金及不锈钢表面漆层、钛合金表面积碳层的清洗,对表面显微形貌及表面完整性进行研究。认为激光清洗机制主要是烧蚀效应、振动效应及等离子体冲击效应,不同参数下的主要清洗机制也不同,这与漆层和基体在单位面积上承受的能量大小有关,当能量密度较高或扫描速度较低时,表面吸收能量较高,振动效应不明显,以烧蚀和等离子体冲击效应为主。激光清洗过程中熔融基体的流动性对表面平整度有很大影响,通过分析铝合金表面粗糙度及摩擦系数,发现能量密度对调控基体表面完整性作用明显,扫描速度对保持表面完整性的影响较小。(3)激光清洗304不锈钢表面漆层后,显微形貌可以看到除漆表面产生与基体存在较大差异、形状尺寸不一的微纳米级颗粒,对表面完整性有一定影响。通过不同参数下清洗表面显微结构进行研究,发现能量密度在0.84 J/cm~2时无规则形状的微米级颗粒较普遍,平均尺寸在1-10μm,能量密度达到2.12 J/cm~2后亚微米级及纳米级颗粒较多,平均尺寸在50-90 nm,这些不规整颗粒与均匀颗粒的产生与作用机制有关,大尺寸颗粒可能是由于漆层材料受力的作用撕裂飞溅出来,致使形状不一、表面不规整,纳米级颗粒可能是由于漆层或基体材料受热发生相变,气化蒸发过程中快速冷凝成液滴,形成均匀的纳米颗粒。