吳琪露，周夢(mèng)悅，李潤林

(中國船舶集團(tuán)有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

裂縫線源是雷達(dá)陣列天線中較為常見的主要零件。若干條線源組合起來就構(gòu)成了雷達(dá)陣面[1]。裂縫線源單獨(dú)密封工藝是對(duì)裂縫進(jìn)行密封防護(hù)的方式之一，最終形成的防護(hù)體系如圖1所示，線源內(nèi)腔為陽極氧化/清漆，外表面為陽極氧化/密封材料/油漆。該工藝避免了天線罩的使用，降低了生產(chǎn)成本，也有利于拆換維修。

圖1 線源防護(hù)體系示意圖

雷達(dá)裝備在惡劣海洋環(huán)境下服役若干年后需返廠維修。線源外表面定位安裝處由于防護(hù)相對(duì)薄弱，容易呈現(xiàn)局部腐蝕，如圖2所示。這種疏松的腐蝕產(chǎn)物需清除干凈才可對(duì)線源重新進(jìn)行氧化。長期使用后，線源外表面密封材料的密封性降低，因此需進(jìn)行重新密封。為了在達(dá)到密封防護(hù)性能的同時(shí)提高生產(chǎn)效率，降低返修成本，須選擇合理的返修工藝路線。

圖2 線源外表面局部腐蝕(已去除密封材料)

1 返修工藝路線分析

基于線源需進(jìn)行重新密封的基本要求，線源表面的密封材料必須予以拆除?？纱_定的返修工藝路線如圖3所示。在拋光去除腐蝕產(chǎn)物后，線源外表面局部無氧化膜，因此必須再次進(jìn)行氧化，外表面其余位置為舊氧化膜。

圖3 可確定的返修工藝路線

對(duì)返修工藝路線中間的未確定部分分析如下：

(1) 是否需要整體去除外表面氧化膜

如果僅拋光去除局部的腐蝕產(chǎn)物，則省時(shí)省力，單根線源單道工序時(shí)間可控制在5 min內(nèi)。但是，由于密封材料在氧化膜表面主要采取膠粘劑粘接的形式，必須考慮其余位置的舊氧化膜相較于新氧化膜的粘接性差異。

(2) 選擇物理法還是化學(xué)法(如果整體去除外表面氧化膜)

線源內(nèi)外均有氧化膜，采用拋光機(jī)可以選擇性地去除線源外表面的氧化膜。但是，陽極氧化膜層具有一定厚度。如果用現(xiàn)有拋光機(jī)拋光，單根線源單道工序時(shí)間在20～30 min。一套裝備線源數(shù)量在百根以上，生產(chǎn)效率低下，且揚(yáng)塵嚴(yán)重。如果采取堿洗的方式去除氧化膜，線源外表面可以獲得較好的前處理質(zhì)量，但線源內(nèi)腔的氧化膜也可能受到影響。線源內(nèi)腔氧化膜表面存在清漆，需要考慮堿洗液對(duì)清漆的影響。

(3) 再次氧化選擇改性鈍化還是陽極氧化

陽極氧化膜膜厚較厚，一般高于10 μm，因此防護(hù)性優(yōu)于改性鈍化膜，再次氧化時(shí)優(yōu)選陽極氧化。但是，陽極氧化為電化學(xué)過程，工藝更為復(fù)雜。線源需在硫酸環(huán)境下通電浸泡40～50 min，再在80 ℃～90 ℃的鉻酸鹽槽液中浸15～30 min。因此，需要考慮陽極氧化及鉻酸鹽封閉過程對(duì)線源內(nèi)腔清漆的影響。如果采用改性鈍化，則需要考慮改性鈍化膜與陽極氧化膜的粘接性差異。

根據(jù)以上分析，共制定4種返修工藝路線，如表1所示。其中，改性鈍化和陽極氧化均為裂縫線源整體下槽，氧化過程對(duì)舊氧化膜無明顯影響。

表1 線源返修工藝路線及特點(diǎn)

2 試驗(yàn)部分

分析(1)和(3)涉及到膠粘劑在新舊氧化膜表面及不同氧化膜表面的粘接強(qiáng)度問題，粘接強(qiáng)度直接關(guān)系到密封罩的密封性，而分析(2)和(3)則涉及到工藝路線的可行性問題。為此，設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)，一組為試板試驗(yàn)，直接對(duì)比膠粘劑在不同氧化膜表面的拉伸剪切強(qiáng)度；另一組為工藝試驗(yàn)，線源按幾種工藝路線分別進(jìn)行返修，再進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)考察。

2.1 試板試驗(yàn)

膠粘劑的拉伸剪切試驗(yàn)參照GB/T 7124-2008《膠粘劑 拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定》進(jìn)行。鋁試板全部由單根廢舊線源加工獲得，試板尺寸為1.6 mm×25 mm×100 mm。該線源陽極氧化膜已形成3年以上，膜層完好。密封材料的主體為聚四氟乙烯材質(zhì)，并進(jìn)行黑化處理。據(jù)此，準(zhǔn)備聚四氟乙烯試板，尺寸為1.5 mm×25 mm×100 mm，表面黑化。膠粘劑采用線源單獨(dú)密封工藝專用的雙組分環(huán)氧膠粘劑。

樣品類型設(shè)計(jì)為4類：①舊陽極氧化膜(未打磨粗化)采用線源直接加工獲得；②舊陽極氧化膜(打磨粗化)是由線源加工成試板后再使用氣磨機(jī)(120目植絨砂紙)打磨粗化獲得；③新改性鈍化膜(未打磨粗化)是由線源加工成試板后堿洗去氧化膜再改性鈍化獲得；④新陽極氧化膜(未打磨粗化)是由線源加工成試板后堿洗去氧化膜再陽極氧化獲得。每類樣品準(zhǔn)備5組試板。

鋁-聚四氟乙烯(黑化)間膠粘劑的粘接強(qiáng)度與密封材料粘接在鋁制線源表面的密封性直接相關(guān)，每組采用2塊鋁板包夾在1塊PTFE試板兩面進(jìn)行對(duì)拉測(cè)試。同時(shí)，也對(duì)鋁-鋁間膠粘劑的粘接強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，每組采用2塊鋁板對(duì)拉，進(jìn)一步對(duì)比鋁材表面狀態(tài)對(duì)粘接強(qiáng)度的影響。拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。圖4(a)為對(duì)拉試驗(yàn)，圖4(b)為鋁-聚四氟乙烯(黑化)-鋁試驗(yàn)組試驗(yàn)后，圖4(c)為鋁-鋁試驗(yàn)組試驗(yàn)后)。拉伸剪切試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖4 拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試

表2 拉伸剪切試驗(yàn)結(jié)果

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論如下：

(1) 氧化膜種類對(duì)粘接強(qiáng)度的影響：③新改性鈍化膜(未打磨粗化)<④新陽極氧化膜(未打磨粗化)，這表明膠粘劑在陽極氧化膜表面的粘接強(qiáng)度高于改性鈍化膜；

(2) 氧化膜表面粗糙度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響：①舊陽極氧化膜(未打磨粗化)<②舊陽極氧化膜(打磨粗化)，這表明打磨粗化增加了鋁材的表面粗糙度，可有效增加膠粘劑的粘接強(qiáng)度；

(3) 氧化膜形成時(shí)間對(duì)粘接強(qiáng)度的影響：①舊陽極氧化膜(未打磨粗化)<④新陽極氧化膜(未打磨粗化)，這表明膠粘劑在新陽極氧化膜表面的粘接強(qiáng)度明顯高于舊陽極氧化膜；

(4) 新陽極氧化膜(未打磨粗化)對(duì)比②舊陽極氧化膜(打磨粗化)，粘接強(qiáng)度未呈現(xiàn)明顯優(yōu)勢(shì)。

2.2 工藝試驗(yàn)

根據(jù)表1中列出的返修工藝路線，對(duì)舊線源進(jìn)行工藝試驗(yàn)。共設(shè)計(jì)5組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)采取3根舊線源，具體工藝路線如表3所示。其中，改性鈍化和陽極氧化均為裂縫線源整體下槽，氧化過程對(duì)舊氧化膜無明顯影響。

表3 線源返修工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)1和試驗(yàn)2直接對(duì)線源局部(清除腐蝕產(chǎn)物處)進(jìn)行陽極氧化。陽極氧化采用稀硫酸溶液，電壓13～15 V，電流密度(1.0～1.5)×10-4mm2，溫度20 ℃，時(shí)間45 min。陽極氧化后進(jìn)行鉻酸鹽封閉，溫度80 ℃，時(shí)間30 min。最終，線源內(nèi)腔清漆無脫落現(xiàn)象，線源外表面清除腐蝕產(chǎn)物處正常氧化，舊氧化膜無明顯變化。試驗(yàn)2又對(duì)線源外表面進(jìn)行打磨粗化，單根耗時(shí)3 min。

試驗(yàn)3和試驗(yàn)4均拋光去除線源外表面氧化膜，如圖5(a)所示，單根耗時(shí)約20～30 min。經(jīng)陽極氧化(鉻酸鹽封閉)后線源外表面如圖5(b)所示。由于線源未進(jìn)行堿洗前處理，僅依靠機(jī)械拋光氧化膜，而氧化膜底層為本色，與鋁材顏色接近，難以目視辨別，導(dǎo)致線源局部氧化膜容易清除不徹底。線源再次下氧化槽，未清除干凈的氧化膜處不會(huì)再形成新鮮氧化膜，氧化膜厚度均勻性難以保持一致，鉻酸鹽封閉后容易呈現(xiàn)深淺不一的花紋。

試驗(yàn)5所采取的堿洗配方為NaOH 5 g/L水～9 g/L水、Na2CO330 g/L水～50 g/L水、Na3PO440 g/L水～60 g/L水、OP-10乳化劑1 g/L水～3 g/L水，溫度60 ℃～80 ℃，時(shí)間90 s±15 s。線源堿洗后如圖5(c)所示。線源外表面及法蘭表面氧化膜已基本去除，但線源內(nèi)腔清漆局部脫落，清漆底部的氧化膜局部去除。如果先泡酸2～4 h去除清漆，再線源內(nèi)外重新陽極氧化，強(qiáng)酸用量大，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)性和工藝性都較差。

圖5 工藝試驗(yàn)

在自然環(huán)境下，氧、熱、光、水都可能引起膠粘劑的粘接強(qiáng)度逐漸下降[2]，因此需要考慮環(huán)境應(yīng)力對(duì)粘接性能的影響。對(duì)試驗(yàn)1～4各線源進(jìn)行GJB 150A規(guī)定的低溫貯存試驗(yàn)(GJB 150.4A，-40 ℃，24 h)、高溫貯存試驗(yàn)(GJB 150.3A，70 ℃，24 h)、交變濕熱試驗(yàn)(GJB 150.9A，10 d)，再進(jìn)行充氣試漏(0.03 MPa)。在各項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)后，線源均未發(fā)生漏氣。這表明，就密封性而言，工藝路線1～4在短期內(nèi)均可行。

3 試驗(yàn)結(jié)論

試板試驗(yàn)和線源的工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，表面狀態(tài)為新陽極氧化膜(未打磨粗化)和舊陽極氧化膜(打磨粗化)時(shí)，膠粘劑的粘接強(qiáng)度相對(duì)最好，且二者粘接強(qiáng)度差別不大，陽極氧化及其后處理過程對(duì)線源內(nèi)腔氧化膜和清漆均無明顯影響，因此宜采取陽極氧化進(jìn)行返修。另外，考慮到線源外表面整體去除氧化膜，化學(xué)法(堿洗)不可行，物理法耗時(shí)較長(單根耗時(shí)20～30 min)，宜采取舊陽極氧化膜打磨粗化的返修路線(單根耗時(shí)3 min)。

最終確定的返修工藝路線如圖6所示。

圖6 優(yōu)選返修工藝路線

4 結(jié)束語

通過對(duì)線源多種返修工藝路線的分析與試驗(yàn)，最終確定了打磨粗化舊陽極氧化膜的返修方案。該方案可以確保膠粘劑在舊氧化膜表面呈現(xiàn)出與新鮮陽極氧化膜相近的粘接強(qiáng)度， 從而達(dá)到與新線源相近的密封性，同時(shí)生產(chǎn)效率高、產(chǎn)生粉塵少，兼顧了產(chǎn)品可靠性、環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)效益。