引言

紧固件（钛标准件）是航空航天产品中应用最广泛、使用量最大的基础产品，我国著名的ARJ21-700飞机、C919大飞机总设计师吴光辉先生也盛赞紧固件“数以万计，类以群分，连结构，接系统，小物大为”[1]，紧固件的质量稳定性直接关系到飞机、飞行器的可靠性能、工作性能以及安全性能。铝涂层作为紧固件的主要防护方式之一[2]，其主要作用为防接触腐蚀，而厚度均一性和稳定性是评价紧固件铝涂层性能的重要指标，紧固件所有工作面涂层厚度均应满足标准要求（5.0～12.7μm），否则很容易发生接触腐蚀[3]，引发质量安全事故，造成机毁人亡的严重后果。目前，行业内紧固件主要喷涂方式为人工手动涂覆，该涂覆方式受人为主观因素影响较大，例如手持喷枪的移动速率、喷枪与产品表面间的距离、手部翻动铜网的力度、翻动铜网的次数等，导致紧固件表面铝涂层厚度均一性、稳定性和可控性问题，成为行业难题。因此，亟需研究一种不仅能够满足外观、结合力相关要求，且有利于提高涂层厚度均一性、稳定性和可控性的喷涂工艺。

1、设备及材料

全自动温滚喷设备，涂铝液，除油剂，化学粗化剂，自来水，气动搅拌装置，光杆直径4mm、5mm、6mm的钛合金螺栓，锆珠，180目铜网，精度0.1g电子称，卷尺，红外线测温枪，网格纸（0.5cm×0.5cm），烘箱，金相显微镜，3M胶带。

2、影响分析

结合喷涂经验，对影响全自动温滚喷工艺的喷涂参数总结如下。

1）喷距：指出漆口到产品表面的垂直距离，可通过卷尺进行测量。喷距过大，导致漆雾被抽风系统抽走，造成涂料浪费，降低涂覆效率，且漆雾在到达产品表面过程中会出现固化，涂料无法在产品表面流平，产品出现起毛现象；喷距过小，会造成漆雾在产品表面分散不充分，过于集中，涂层表干慢，容易产生刮花、磕碰等外观问题。

2）喷幅：指喷枪一次性喷出的漆雾被雾化后的形状，决定了单次喷涂过程中，漆雾在产品表面的覆盖面积。喷幅越大，单次喷涂在产品表面形成的覆盖面积越大，涂层厚度均匀性越好，但容易起毛，影响产品外观；喷幅越小，单次喷涂在产品表面形成的覆盖面积越小，涂层厚度均匀性越差。

3）喷涂频率：指喷涂-烘干时间。主要作用是保证产品表面充分表干，同时保证有充足时间排出滚筒内多余悬浮漆雾。喷涂频率越快，产品表干时间越短，越容易出现涂层刮花，厚度增加困难等问题；喷涂频率越慢，产品出现磕碰伤的可能性越大。

4）温度：指产品表面实际温度。可使用红外线测温枪辅助测量。温度越低，产品表干越慢，越容易出现刮花问题；温度过高，会使喷枪出口处的涂铝液固化，出现堵枪现象，同时增加产品起毛概率。

5）锆珠配比：指一次喷涂中锆珠和产品的质量比。

锆珠主要起缓冲作用，防止产品在转动过程中出现磕碰，影响螺纹通止。锆珠添加量少，导致缓冲效果不明显，产品出现磕碰伤；锆珠添加量多，导致生产效率降低。

6）转速：指滚筒在喷涂过程中的转动速率。转速越快，涂层均匀性越好，但容易产生磕碰伤；转速越慢，涂层厚度均匀性越差。

7）出漆量：指一次喷涂过程中，涂料喷出的量。出漆量过小，会导致喷枪堵塞问题；出漆量过大，会导致涂层表干慢，影响涂层外观。

8）压强：指压缩空气作用于喷枪的压力，主要作用是顶开顶针、喷出漆雾。压强过小，漆雾无法到达产品表面；压强过大，会造成漆雾在滚筒内部反弹，产品表面出现起毛现象，且对喷涂室环境造成不良影响。

由上可知，影响温滚喷涂层质量的因素众多，且不同因素之间相互影响、相互制约，通过一系列工艺验证，寻求最优喷涂参数组合，是解决涂层厚度均匀性的关键。

3、试验过程

3.1螺栓前处理

试验螺栓在全自动温滚喷前，按表1所列工序及参数进行前处理。

3.2温滚喷涂覆

前处理完成后，按表2所列验证方案开展验证试验。

3.2.1锆珠的选择

锆珠的选择原则：1）氧化锆的含量为10%～20%；2）直径为2～4mm，在确保不被产品夹带的前提下，应尽量选用小规格。

3.2.2出漆量测定

出漆量测定方式：取一张网格纸，网格尺寸为0.5cm×0.5cm，喷涂间歇时，迅速将网格纸放置于喷枪所指区域的产品表面，并保持不动，接收1～4s的完整喷漆量于网格纸上。

3.2.3涂覆过程

1）配制涂铝液：将涂铝液A、B两种组分混合，并使用稀释剂调节黏度，用气动搅拌装置搅拌5～10min，遮盖静置15～20min后用120目以上铜网过滤备用，并在烧杯上标识涂料成分、配制完成时间和活化截止时间。

2）全自动温滚喷：按表2所列进行喷涂参数设定。

喷涂过程中，应每隔10min取样检查产品涂层厚度，当使用千分尺测量光杆涂层厚度达到7～8μm时，按下喷涂开关，结束喷涂。立即将产品及锆珠取出，使用塑料筛分离产品与锆珠，将产品装入不锈钢托盘内，并放入提前预热好的烘箱进行固化。

3.3鉴定试验

3.3.1外观

1）技术要求：涂铝完成后，产品外观应光亮、颜色均匀，不应有孔洞、气泡、堆积、划痕、碰伤或其他有害缺陷。

2）试验方法：采用目视法对产品外观进行检验。

3.3.2结合力

1）技术要求：涂铝层应连续、紧密的黏附在基体金属表面，按照相关试验方法试验后，还需在4～6倍放大镜下对结合力进行进一步检查，涂层不应出现与基体金属接触面分离的情况。

2）试验方法：采用胶带法对铝涂层结合力进行检测。将3M公司的250号胶带贴于紧固件表面（头部或光杆均可），按压胶带使之与紧固件表面连续紧贴，在与螺栓表面垂直的方向上迅速将胶带去除。

3.3.3厚度

1）技术要求：螺栓所有工作面涂层厚度应为5.0～12.7μm，工作面指螺纹、光杆、支撑面。

2）试验方法：使用显微镜金相法对涂层厚度进行检测，金相法是涂层厚度测量的仲裁方法。将紧固件进行剖切、镶样、打磨后，在显微视野内选取5个点测量涂层厚度，取5点平均值作为该部位涂层厚度。

3.4数据记录

相关试验数据记录如表3所列。

3.5数据分析

通过对上述试验数据分析可知，在方案1、6、11、16、19喷涂参数下加工的产品，其外观、结合力、厚度均能满足标准要求，故得到最优喷涂参数组合，具体如表4所列。

4、结语

通过对全自动温滚喷工艺参数的优化验证，得到了最优喷涂参数组合，在保证涂层外观、结合力满足标准要求的前提下，能够显著提升涂层厚度均匀性，有效避免了人工手动涂覆对涂层厚度的不良影响，产品合格率显著提升，生产成本降低。

参考文献：

[1]航天精工股份有限公司.紧固件概论[M].北京：国防工业大学出版社，2014.

[2]万冰华，张晓斌，游龚君，等.航空航天紧固件铝涂层性能对比研究[J].电镀与涂饰，2021（24）：1809-1816.

[3]万冰华，张松林，林忠亮，等.航空航天钛合金紧固件铝涂层评价指标及方法研究[J].航天标准化，2017（1）：3.

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