铜合金与镁合金表面干膜润滑涂层去除剂

　　摘要：介绍了航空发动机铜合金与镁合金零件表面耐高温干膜润滑涂层化学去除剂的配制方法。通过工艺实验优化各成分的参数，重点检测了化学去除剂对基体材料的腐蚀情况，模拟了零件中铜合金与镁合金之间形成的缝隙并开展缝隙腐蚀试验。结果表明，该化学去除剂能很好地满足此类型航空附件零件表面涂层去除的要求。
　　关键词：化学去除剂；航空发动机；缓蚀剂；防变色剂
　　0.引言
　　在航空领域，有许多附件由镁合金镶嵌铜合金衬套构成，并在铜合金衬套表面喷涂耐高温干膜润滑涂层。修理附件时，需去除原涂层并重新喷涂。此类耐高温干膜润滑涂层由环氧、有机硅、酚醛树脂 和耐磨填料组成，再经高温烘烤而成，其结合强度高、耐磨和耐化学介质性优异，加上成膜于精密的镁合金和铜合金组合件上，难以用一般的化学去除方法清除。实际生产中一般只能用软刮刀手工铲除，不仅费时，且易损伤基体，特别是当零件形状复杂时，用刮刀去除则更困难[1]。目前，用于飞机外表蒙皮的脱漆剂技术已经很成熟[2]。本研究构思沿用二氯甲烷为主溶剂的配方，通过工艺实验确定其成分及参数，控制化学去除剂对基体材料的腐蚀，从而研制出一种能够去除此类零件表面润滑涂层的化学去除剂。还模拟了零件中铜衬套在镁合金壳体间形成的缝隙，并验证了所研制化学去除剂对零件的缝隙腐蚀情况。
　　1.实验部分
　　1.1化学去除剂的制备及试样准备
　　主要化学试剂：二氯甲烷、甲醇、羟丙基纤维素、铜合金防变色剂、缓蚀剂、表面活性剂、石蜡等。
　　配置主要操作步骤：在烧杯中加入所需量的主溶剂二氯甲烷、促进剂、助溶剂，搅拌下加入缓蚀剂与防变色剂，让其充分溶解，并在水浴槽中恒温(35±2)℃下加入羟丙基纤维素，搅拌调匀后，冷却至室温即可。进行以上操作时需带上橡皮手套，在抽风条件下进行。
　　试片的制备：在25mm×50mm×2mm的铜合金与镁合金材料试片上喷涂耐高温、耐磨、润滑涂层。
　　1.2化学去除剂成分参数优化实验方案设计
　　优化实验方案设计列于表1。
　　1.3腐蚀实验方案设计
　　(1)基体表面腐蚀采用浸泡方式。将试片放入所配制好的化学去除剂中，在恒温(35±1)℃下浸泡1h、2h、3h，用失质量法和表观检查法检测其腐蚀情况[3]。腐蚀产物的清除：镁合金：铬酐CrO3200g/L，室温8～10min；铜合金：盐酸(密度1.84g/mL)500mL/L，室温1～3min。试样的清洗与干燥[4]：将试片放入流动冷水中用毛刷轻轻刷洗干净，取出后放在干净的滤纸上用吹风机热风吹干，并将试样用中性包装纸包好，放入干燥器，1h后称量。 
　　2.固定值为在做一个参数的优化实验时，其余参数取初设固定值。当一参数被优化后，固定值改用优化后参数；
　　3.涂层的去除率按90%面积被去除的时间，去除时用刀片辅助将溶胀后的涂层轻轻刮掉。
　　(2)模拟铜合金与镁合金之间缝隙，如图1所示，并采用上述方法检测其腐蚀情况。
　　2.实验结果
　　2.1组分及参数的优化实验结果
　　2.1.1主溶剂用量的选定
　　主溶剂中的二氯甲烷属于小分子，故对大分子及链段间隙的渗透能力强，与有机物的相溶性好，可使涂层胀溶或溶解，导致大分子体积增大，产生内应力，破坏涂层与底材的附着力，从而使涂层容易从材料基体表面脱落下来[5]。
　　涂层去除时间随二氯甲烷的加入量增加而减少，但当CH2Cl2用量达到60g以上时，涂层去除时间的减少变少，最后趋于平缓。这是因为CH2Cl2在达到一定量以后，此时涂层去除的溶解能力趋于恒定，大量的CH2Cl2分子包围了涂层分子，增加的CH2Cl2的分子不能进一步包围涂层分子。另外因为CH2Cl2本身的挥发性，当CH2Cl2含量过高时，挥发性也会急剧加大，对环境和人身危害加大，因此考虑到环境因素，将CH2Cl2用量控制在60～65g之间为宜，实验选用60g。
　　2.1.2助溶剂用量的选定
　　加入助溶剂的目的是为了增加对其他成分的溶解性，协同主溶剂分子充分渗入涂层，解除涂层与底材之间的附着力，从而加快涂层去除速率。实验中助溶剂选用甲醇，甲醇相对分子质量小，溶解性强并且价格较低[6]。
　　2.1.3促进剂用量的选定
　　促进剂一般是一些亲核试剂，它跟主溶剂结合能产生协同效应，从而提高涂层去除速度和效率[7]。有机酸是常用的促进剂，它能使大分子链段间产生一定程度的酸解，有利于主溶剂更迅速地渗入到涂膜中，加速涂层的脱除。
　　2.1.4增稠剂用量的选定
　　加入增稠剂目的是为了增加化学去除剂的黏度，便于在垂直面刷涂[8]。另外，由于二氯甲烷属于易挥发型溶剂，需用增稠剂抑制其挥发性，提高化学去除剂的去除效率。常用的增稠剂为纤维素。实验采用了羟丙基纤维素，并与常用的甲基纤维素作对比实验。
　　羟丙基纤维素不仅在黏度方面优于传统的甲基纤维素，在对主溶剂二氯甲烷抑制方面效果更佳。
　　2.1.5其他参数的选择
　　(1)表面活性剂：为了更好地润湿涂层表面，使去除剂里面的小分子容易浸入涂层中，可在化学去除剂中加入适量的表面活性剂。实验选用的表面活性剂用量为0.75g。
　　(2)缓蚀剂的选择：为了使基体镁合金和铜合金表面不受到腐蚀，需在配方中加入一定量的缓蚀剂，实验选用的缓蚀剂和防变色剂用量各为1.5g，通过失质量法得出缓蚀剂对基体的作用效果。
　　从表2可以看出，通过加入合适的缓蚀剂，可以使基体金属得到保护。不加入缓蚀剂，铜合金发生了选择性腐蚀，表面出现了严重的脱锌现象，镁合金表面也出现了黑色腐蚀坑。另外，加入了缓蚀剂后，再加入防变色剂，涂层去除后铜合金基体表面颜色保持不变。
　　(3)使用温度的选择：在对零件进行涂层去除时，温度对涂层去除效果有很大的影响。
　　初始阶段随着温度的升高，涂层去除时间迅速减少。主要是因为随温度的升高，去除剂中小分子的动能增加，使其更加容易浸入涂层中，促使涂层与基体快速分开。但随温度增加，达到35℃以后，效果变缓，当温度达到37℃以上时，化学去除剂挥发很快，最后完全干固。化学去除剂中主溶剂二氯甲烷的沸点在39.5℃，当温度过高时，二氯甲烷便沸腾挥发[6]，减少了化学去除剂中主溶剂的含量，降低了涂层去除效率。故操作时温度选用(35±1)℃为宜。
　　3.应用
　　选择M-340附件零件，均匀地涂抹上所配制的化学去除剂。结果表明，可以很好地去除零件表面干膜润滑涂层，对零件基体没有任何腐蚀。经过再次喷涂，并装车试验，对涂层的再次喷涂也无影响。所以该化学去除剂很好地达到了去除此类型零件表面干膜润滑涂层的目的。
　　4.结语
　　(1)操作控制在一定的时间和温度范围内时，配制的化学去除剂能保证基体不受腐蚀，能有效、快速去除航空铜合金与镁合金零件表面高温润滑涂层。(2)加入一定量的铜合金防变色剂，可以使在去除表面涂层后铜合金基体表面颜色不受到影响。(3)该化学去除剂在去除掉涂层后不会影响零件的再次喷涂，这对航空维修具有非常大的应用价值。