经选择性去除钛或钛合金基材上的粘结底漆的表面处理方法技术

本发明专利技术涉及对由复合材料制成的叶片的钛或钛合金金属加强件的表面进行处理的方法，所述方法能够相对于钛或钛合金加强件选择性地去除粘结底漆。去除粘结底漆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经选择性去除钛或钛合金基材上的粘结底漆的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及由具有有机基体或陶瓷基体的复合材料制成的叶片领域，例如被称为风扇(FAN)或风扇叶片的叶片，其包括尤其是钛或钛合金的金属加强件，用于尤其是航空类型的涡轮发动机或涡轮喷气发动机。
[0002]尤其地，本专利技术涉及一种用于对由复合材料制成的叶片的钛或钛合金金属加强件的表面进行处理的方法，该方法能够相对于钛或钛合金加强件选择性去除粘合底漆。

技术介绍

[0003]涡轮发动机风扇叶片，尤其是航空类型的风扇叶片承受显著的机械应力，尤其是考虑到它们的旋转速度，同时需要满足严格的重量和整体尺寸要求。考虑减轻叶片重量的选择之一是使用有机基体复合材料，例如诸如碳纤维等纤维强化的聚合物来制造叶片。然而，风扇叶片还必须满足严格的操作标准，尤其是它们必须抵御外来物体的冲击：鸟类吸入、冰雹、冰块、砂砾等。然而，复合材料，尤其在叶片边缘，是脆性的，并且不能充分抵御冲击和运行期间的吸入物。
[0004]为了克服这个问题，设想通过使用将被整合到叶片的空气动力学轮廓中的金属加强件，尤其是钛或钛合金来加固叶片的前缘(也称为BA)以保护由复合材料制成的风扇叶片的前部。这种保护复合材料免受冲击和吸入的金属加固部件然后通过粘结来组装到复合材料叶片的前缘。
[0005]前缘加强件的表面制备可能涉及通过以下的表面处理方法：化学酸洗，然后施用粘结底漆以改善与粘合剂的粘合性能。底漆施用控制不佳(厚度不当，表面被污染等)，施用后过期(>6个月)，或者污染和缺陷(诸如BA运输和/或储存期间产生的划痕)，会导致部件不采用粘结。
[0006]组成底漆的树脂在化学和机械方面都非常稳定。需要克服的技术挑战为：
[0007]‑
在不损害紧密肋条状的钛或钛合金基材的情况下去除底漆，以及
[0008]‑
能够检查底漆残留物的存在。
[0009]经验证，进行一系列的碱性化学酸洗以去除底漆，随后进行经典粘合前的准备范围(酸洗+底漆)可以修整受影响的BA。
[0010]然而，这一系列的碱性化学酸洗去除底漆的效果不是非常有效，并且会导致底漆和钛合金基材的组合化学侵蚀。然而，前缘在翅片水平处具有薄的基材厚度，不能接受过多的化学侵蚀。因此，这种修复方法只适用于几何公差可以接受每面约15到20μm厚度损失的BA。
[0011]使用塑料介质的机械干式酸洗也被证明是无效的。
[0012]因此，确实需要一种相对于钛或钛合金基材选择性去除粘结底漆的表面处理方法。

技术实现思路

[0013]本专利技术旨在通过提出一种方法来精确地满足这一需求，该方法有效去除底漆，同时最大限度地减少对钛或钛合金基材的侵蚀，且因此最大限度地减少去除的材料的厚度。因此，基材的机械性质通过这种方法得以保持。
[0014]为此目的，本专利技术涉及一种用于叶片的由钛或钛合金制成的金属加强件的表面处理方法，该叶片尤其为由复合材料制成的叶片，
[0015]其特征在于该方法包括以下步骤：
[0016]A)使所述金属加强件经受热处理，所述热处理在氧化性气氛中，于250℃和350℃之间的温度下进行1小时和10小时之间的时段；以及
[0017]B)在步骤A)的所述热处理之后，使所述金属加强件在碱性浴液中经受化学酸洗，包括以下步骤：
[0018]B
‑
1)清洗/脱脂(可选步骤)；
[0019]B
‑
2)在碱性介质中进行酸洗；
[0020]B
‑
3)中和；
[0021]B
‑
4)最终的冲洗。
[0022]复合材料可以是有机基体或陶瓷基体。
[0023]有机基体可以是例如，纤维强化的聚合物，尤其是碳纤维。
[0024]叶片可以是风扇叶片。
[0025]非常出乎意料地发现，本专利技术的方法能够在同一化学酸洗浴液中，相对于极其轻微地侵蚀钛或钛合金基材(去除的材料厚度<1μm)选择性地去除底漆，这要归功于通过步骤A)的热处理所产生薄的钛氧化物保护层(约100nm至130nm)的在先生长。步骤A)的热处理还引起粘结底漆的降解，尤其是通过其氧化的降解，这有利于其去除。
[0026]由于通过本专利技术的方法显著降低了对钛或钛合金加强件的化学侵蚀，因此修复变得适用于几何公差限制小于2μm，例如1μm的任何类型钛合金。
[0027]此外，步骤B)中的相关化学酸洗也可以作为显影剂，以在最终检查中检查底漆残留物。化学酸洗将底漆氧化成淡黄色外观，如果底漆没有完全去除，就可以目视检查残留物的存在。
[0028]本专利技术的方法适用于对叶片的配备有由钛或钛合金制成的金属加强件的前缘的表面处理，该叶片由复合材料制成，用于尤其是航空类型的涡轮发动机或涡轮喷气发动机。这种涡轮发动机或涡轮喷气发动机可以是例如LEAP
‑
GEN1、LEAP
‑
GEN2发动机。
附图说明
[0029]本专利技术的进一步特性和优点将从下面的详细描述中显而易见，为了理解这些，请参考所附的附图，其中：
[0030]图1A和图1B示出了用X
‑
射线光电子能谱仪(XPS)得到的光谱，能够确定TA6V钛合金加强件的两个样品的表面状况：
[0031][图1A]在图1A中，样品经经受了根据上述现有技术的化学酸洗，和
[0032][图1B]在图1B中，样品在空气中于300
±
50℃进行热处理4小时(步骤A))后，经受根据本专利技术的化学酸洗。
[0033]采用THERMO Scientific K
‑
α+仪器进行XPS分析。因此，清楚的是，步骤A)的热处理引起钛合金表面氧化层的增加。
[0034][图2]图2示出了在空气中采用ATG SETARAM进行的底漆的热重分析(ATG)。这种热分析技术为在给定的温度或温度曲线下，测量样品质量随时间的变化。因此，在上述规定的钛合金样品已经经受根据本专利技术方法的步骤A)的热处理后，清楚的是，底漆在250℃左右开始降解。因此注意到从250℃开始的质量损失。事实上，降解是在该温度左右开始的，并且随着温度的升高，降解的速度也越来越快。该技术允许选择300℃的处理来降解底漆。
具体实施方式
[0035]本专利技术涉及一种用于叶片(尤其是由复合材料制成的叶片)的由钛或钛合金制成的金属加强件的表面处理方法，
[0036]其特征在于该方法包括以下步骤：
[0037]A)使金属加强件经受热处理，所述热处理在氧化性气氛中，于250℃和350℃之间的温度下进行1小时和10小时之间的时段；以及
[0038]B)在步骤A的所述热处理之后，使金属加强件在碱性浴液中经受化学酸洗，包括以下步骤：
[0039]B
‑
1)清洗/脱脂(可选步骤)；
[0040]B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于叶片的由钛或钛合金制成的金属加强件的表面处理方法，所述叶片尤其为由复合材料制成的叶片，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A)使所述金属加强件经受热处理，所述热处理在氧化性气氛中，于250℃和350℃之间的温度下进行1小时和10小时之间的时段；以及B)在步骤A)的所述热处理之后，使所述金属加强件在碱性浴液中经受化学酸洗，包括以下步骤：B
‑
1)清洗/脱脂(可选步骤)；B
‑
2)在碱性介质中进行酸洗；B
‑
3)中和；B
‑
4)最终的冲洗。2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤A)的所述热处理使得在所述钛或钛合金基材的表面上形成厚度大于80nm的氧化层。3.根据权利要求1或2所述的表面处理方法，其特征在于，所述热处理在空气中进行。4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面处理方法，其特征在于，所述热处理在下列条件下进行：
‑
在250℃和350℃之间的温度下；
‑
在空气中；
‑
持续时间为2至4小时；以及
‑
使得所述钛或钛合金基材的氧化物层为100nm或更厚。5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：