前言

    航空涂层防护系统一般包括表面预处理、转化膜、底漆和面漆几个工艺程序。先进的航空涂层不仅对基料提出越来越高的要求，填料也向着无污染或低污染的方向发展。无污染或低污染的填料就是尽量以无毒或低毒的成份代替转化膜和底漆中常用的铬酸盐，而涂层依然具有防腐蚀和持久耐用的功能。目前常用的无毒转化膜包括硼硫酸阳极氧化膜、溶胶-凝胶化学转化涂层，底漆则主要添加非铬填料形成第一代非铬底漆。

    美国空军的ACRAC工程（advancedcorrosionresistantaircraftcoatings）已使用牌号为Boegel的非铬化学转化涂层（波音公司研制）和第一代非铬防腐底漆组成的涂层系统进行了附着力和耐盐雾实验。该工程计划分两步实现非铬转化涂层的应用：（1）采用溶胶-凝胶转化涂层替代传统的含铬转化涂层，如Alodine1200s；（2）较厚的溶胶-凝胶转化涂层替代传统的含铬转化涂层和底漆混合系统。非铬化学转化涂层的成份包括硼酸盐、铈酸盐和钒酸盐等。目前底漆中使用的非铬填料包括微细化改进的磷酸盐、缩合磷酸盐；改性钼酸盐；硼酸盐；铁酸盐；合成云母氧化铁和玻璃鳞片等。无毒或低毒填料的发展趋势向着微细化的方向发展，通常需要进行各种填料的适当搭配才能够获得良好的涂层防护效果。

    国内业已开展了非铬转化涂层和非铬底漆的研究。较为成熟的非铬转化涂层是硼硫酸阳极氧化膜，溶胶-凝胶化学转化涂层也进行了探索研究。非铬底漆的研究已取得一定的进展，高固份非铬底漆和硼硫酸阳极氧化膜系统的防腐实验正在进行。

    航空涂层最关键的性能就是在满足电磁性能的前提下，对飞行器具有力学和化学保护作用。具体而言，可以将航空涂层的性能分为防腐性、光学性、力学性和耐化学品溶剂性、耐久性和维护性以及涂层的厚度等几方面。对涂层性能的研究不仅可以揭示涂层的寿命，还可以借助一些新的测试方法对涂层性能失效的机理进行分析。非铬涂层的发展正是在这样的分析背景下，缩短了性能检验所耗费的长周期，从而有效地指导涂层的发展与改进方向。电化学阻抗波谱（EIS）和电子噪声法(ENM)是较为流行的两种测试涂层防护性能的方法。通过对涂层遭受腐蚀前后电性能的变化分析，可以明确了解涂层遭受腐蚀后恢复防护性能的趋势。另外，通过光泽和涂层颜色的变化，可以判断涂层中的防腐填料性能的变化。据报道，非铬涂层系统的防护性能要逊色于含铬的防护涂层系统[1]。在不添加铬酸盐填料的情况下，对航空涂层系统进行全面的性能检验和分析尤其至关重要。

    •研究方法

    非铬涂层目前主要应用在铝合金上。本研究涉及的基材和涂层牌号列于表1。基材的预处理均按照典型的航空工艺规范进行。所列基材和涂层分别进行了拉开法附着力(GB5210-1985)、盐雾腐蚀试验(ASTMB117)、耐介质试验(GB9274-1988A法)以及疲劳试验。

    表1基才及涂层的牌号

    铝合金

    转化膜

    底漆

    2A12

    7A04

    7B04

    铬酸阳极氧化（BIAM）

    硼硫酸阳极氧化(BSAA,BIAM)

    TB06-9含铬底漆(天津灯塔涂料公司)

    非铬高固份底漆(BIAM)

    AA2024-T3

    AA7075-T6

    硼硫酸阳极氧化（BSAA,MIL-A-86251C）

    溶胶-凝胶化学转化(Boegel)

    Alodine1200s(MIL-C-55411A)

    Deft44-W-16(DeftIrvineCA)

    Deft44-W-18（BAC5632,TheBoeingcompany)

    Dexter/CrownMetro10PW22-2

    (Dexter/CrownMetroAerospace,Greenville,SC)

    SpraylatEWDY048A/B(Chicago,IL)

    Courtaulds底漆(CrtauldsAerospace,Grendale,CA)

    •结果和讨论

    3.1拉开法附着力实验

    裸铝涂覆TB06-9含铬底漆、裸铝经硼硫酸阳极氧化处理后涂覆TB06-9含铬底漆等系统进行拉开法附着力实验。从列于表2的实验数值分析，含铬底漆与BSAA(BIAM)的附着力基本与铬酸阳极氧化膜的附着力相当，但铬酸阳极氧化膜与底漆的附着力仍大于硼硫酸阳极氧化膜。这个实验结果与JosephH.Osborne等人的研究结果一致[1]。

    表2涂层的附着力

    序号

    铝板

    裸铝+TB06-9

    BSAA(BIAM)+TB06-9

    铬酸阳极氧化(BIAM)+TB06-9

    1

    2A12(MPa)

    17.5,11.15,26.9

    11.97,18.79,9.55

    12.04,16.72,19.43

    平均值(MPa)

    18.52

    13.44

    16.06

    2

    7B04(MPa)

    5.41,8.76,4.24

    5.73,8.95,5.10

    5.54,16.85,4.84

    平均值(MPa)

    6.14

    6.59

    9.08

    3.2盐雾腐蚀实验

    2A12和7B04裸铝涂覆BSAA(BIAM)、裸铝涂覆非铬高固份底漆等配套系统进行了盐雾腐蚀实验。图1分别是裸铝涂覆BSAA(BIAM)，经336h盐雾腐蚀的结果。所有铝板均未出现蚀点。

    (a)2A12

    (b)7B04

    图12A12和7B04裸铝涂覆BSAA(BIAM)盐雾腐蚀

    2A12铝板未经转化膜处理直接喷涂非铬高固份底漆(BIAM)，7d的盐雾腐蚀实验后试板边缘起泡。实验结果说明单独的非铬涂层也具备一定的防腐能力。表3列出AA2024-T3和AA7075-T6采用不同的转化膜后涂覆各种底漆的盐雾腐蚀实验结果[1]。

    表3盐雾腐蚀实验结果

    Table3Saltsprayexposureforprimersappliedconversioncoatings

    铝板

    转化膜

    底漆

    结果

    AA2024-T3

    AA7075-T6

    BSAA

    (MIL-A-86251C）

    Deft44-W-16

    Deft44-W-18

    Dexter/CrownMetro10PW22-2

    SpraylatEWDY048A/B

    Courtaulds含铬底漆

    2500h，一种涂层系统通过，其他失败

    AA2024-T3

    AA7075-T6

    Boegel

    Deft44-W-16

    Deft44-W-18

    Dexter/CrownMetro10PW22-2

    SpraylatEWDY048A/B

    Courtaulds含铬底漆

    2500h，Courtaulds含铬底漆通过，其他非铬底漆失败

    AA2024-T3

    AA7075-T6

    Alodine1200s

    (MIL-C-55411A)

    Deft44-W-16

    Deft44-W-18

    Dexter/CrownMetro10PW22-2

    SpraylatEWDY048A/B

    Courtaulds含铬底漆

    2500h，所有涂层系统均通过

    上述试验结果表明，非铬化学转化膜、硼硫酸阳极氧化膜与底漆的防腐性能不及Alodine1200s与底漆的配套性能，尤其是非铬化学转化膜Boegel与非铬底漆的配套系统的防护性能很差。尽管硼硫酸阳极氧化膜自身具备一定的防腐性能，与非铬底漆配套的系统防腐性能还不能令人满意。上述非铬底漆均为第一代产品，符合MIL-PRF-85582N的技术要求。从目前非铬底漆的发展水平看，需配以含铬转化膜才能满足涂层系统的防护要求。第二代的非铬底漆还在研制中，初步的实验结果表明其防护性能有所提高，但并未突破第一代非铬底漆的性能趋势[1]。

    3.3耐介质实验

    2A12和7B04裸铝涂覆非铬高固份底漆(BIAM)，浸泡在不同的介质中，实验结果列于表4。实验结果表明，裸铝涂覆非铬高固份底漆(BIAM)具有优异的耐介质性能，

    表4耐介质实验

    项目

    结果

    去离子水，26℃

    42d轻微失光，60d局部密布小泡

    自来水

    26℃

    60℃

    117h密布小泡

    4h轻微失光，21h密布小泡

    3%NaCl，26℃

    30d密布小泡

    3%HCl，26℃

    4h轻微失光，21h密布小泡

    10%NaOH，26℃

    4h表面无变化

    10#航空液压油，60℃

    42d轻微失光

    120#汽油，60℃

    42d轻微失光

    3.4疲劳性实验

    硼酸-硫酸阳极化后的7B04铝合金试样进行疲劳性能测试。疲劳试验所用材料厚为3mm。试样包括未进行阳极化处理的试样、硼酸-硫酸阳极化处理的试样以及铬酸阳极化处理的试样。试验在AMSlER1478疲劳试验机上进行，所用最大应力和最小应力之比R=0.1，试验频率为80Hz。试验测定每根试样断裂所需的总循环次数。

    疲劳试验结果表明硼酸-硫酸阳极化处理和铬酸阳极化处理对铝合金的力学性能影响程度类似，没有明显降低材料的疲劳性能。试验结果见表5。

    表5硼酸-硫酸阳极化铝合金疲劳试验的结果

    试验条件

    R=0.1，80Hz

    空白

    铬酸阳极化

    硼酸-硫酸阳极化

    循环次数(′105)

    循环次数(′105)

    循环次数(′105)

    20/200MPa

    1.16

    1.48

    1.24

    18/180MPa

    5.77

    3.17

    2.98

    3.40

    2.93

    1.99

    1.09

    3.64

    9.11

    16/160MPa

    3.72

    4.84

    2.66

    3.61

    1.203

    5.48

    2.24

    2.77

    6.62

    13/130MPa

    1.36

    1.67

    >100

    >100

    >100

    >100

    6.05

    >100

    >100

    •结论

    4.1含铬底漆与硼硫酸阳极氧化膜的附着力良好，但仍低于与铬酸阳极氧化膜的附着力。

    4.2硼硫酸阳极氧化膜和非铬底漆各自具备一定的防腐能力，组成涂层系统后的防腐性能有待提高。

    4.3非铬化学转化膜与非铬底漆的防腐能力很差。

    4.4裸铝涂覆非铬底漆后，耐介质性能优异。

    4.5硼酸-硫酸阳极化处理和铬酸阳极化处理没有明显降低铝合金的疲劳性能。