Метод, предложенный фирмой FPL для обработки алюминия, впервые был описам Эйкпером [39], который работал в этой компании в начате 1950-х гг. Данный способ обработки заключался в погружении алюминия в раствор, аналогичный раствору смеси хромовой и серной кислот, рассмотренному в разделе, который был посвящен мокрой химической обработке полимеров. Разработчикам этой» метода обработки поверхности вероятно было неизвестно, что воздействие смеси хромовой и серной кислот на алюминий вызывает не только оксидирование органических загрязнений на поверхности. При этом методе обработки имеют место электрохимические взаимодействия с алюминием. Стандартный способ обработки поверхности в соответствии с процессом, разработанным FPL, показан на рис. 7.9.
Рис. 7.9. Блок-схема процесса FPL для нодгоговки поверхности алюминия |
Существуют многочисленные разновидности травлення методом FPL. В Европе этот метод известен как хромовокислотная «очистка поверхности металла». При этом способе обработки хромовую кислоту используют вместо бихромата натрия и часто деионизированную воду вместо водопроводной. Способ травления FPI. успешно использовали в авиационно-космической промышленности после окончания Второй мировой войны, когда стало обычным применение грунтовочных составов и конструкционных клеев на основе фенольных смол.
Как уже упоминалось в гл. 1, конструкционные клеи находят широкое применение при создании сотовых структур. Фенольные конструкционные клеи не могут быть использованы для этой цели, так как для оптимального их отверждения необходимо высокое давление, которое приводит к разрушению сотового заполнителя (см. гл. 8). К счастью, примерно в то же время как появился этот тин конструкций, были разработаны конструкционные клеи на основе эпоксидных олигомеров. Эпоксидные конструкционные клен не требуют для отверждения приложения высоких давлений. Эпоксидные конструкционные клеи стали широко применяться в конструкциях с сотовым заполнителем, а также для склеивания металлов с использованием процесса FPL как основною способа подготовки поверхности. В 1960-е гг. много авиационных соединений было развернуто в Южной Азии. В условиях высокой температуры и высокой влажности, с воздействием которых сталкивался самолет, клеевые соединения разрушались. Кроме того, фирма Boeing Corporation обнаружила нарушение сплошности клеевой» соединения и появление коррозии в некоторых своих самолетах. В ото время авиационная промышленность приступила к выполнению большого количества исследовательских и прикладных работ, целью которых было выявление причин, вызвавших такие разрушения.
Заметный успех был достигнут, когда инженеры фирмы Boeing обратили внимание на высказывания рабочих своего цеха, которые утверждали, что «свежие» ванны для травления методом FPL не позволяют получить удовлетворительное качество поверхности. Однако если ванну состарить, качество существенно повышается. После большого числа попыток было установлено, что добавление алюминиевого сплава марки 2024-ТЗ в ванну для травления методом FPL значительно повышает эксплуатационные характеристики клееных соединении, поверхности которых были обработаны зтим способом травлення и склеены эпоксидным клеем. Позднее было показано, что влияние добаїиснии сплава 2024-ТЗ заключается в появлении в ванне меди (медь является компонентом сплава 2024-ТЗ) 140]. Присутствие меди видоизменяет электрохимические характеристики процесса травления, делая поверхность металла более инертной и фактически вызывая осциллирующую электрохимическую реакцию, в кото|юіі принимает участие медь [41]. Воздействие ванны должно было приводить к образованию оксидной пленки на поверхности сплава. Электронная микрофотография оксидной структуры, полученной в результате обработки способом FPL. представлена на рис. 7.10. а схема этой структуры — на рис. 7.11. Обратите внимание, что оксидная структура выглядит как будто специально созданной для процесса склеивания. Поры на поверхности имеют малый размер (помогая капиллярным силам, под действием которых должно происходить вытеснение из них воздуха). Поверхность является чистой. Если ванну правильно обслуживают, поверхность имеет воспроизводимые свойства. Исследование химической природы этого оксида, выполненное различными аналитическими методами, иоказ. ио, что он представляет собой практически чистый А 1,0. Однако иод слоем оксида может быть обнаружено некоторое количество меди. Это указывает на участие меди в электрохимическом процессе обі>азовлния оксида алюминия |42].
Специалисты фирмы Boeing детально исследовали процессы подготовки поверхности при травлении способом FPL. Они воспользовались понятиями, принятыми в механике разрушения, и разработали тип образна для испытаний клеевого соединения, который в настоящее время описывается спецификацией ASTM D3762. а именно образец для испытания клином (описан в гл. 3). Подготовку поверхности металла осуществляли согласно методике, признанной оптимальной для данного способа. Затем на металл наносили грунт и склеивали. 15 торец образцов вводили клин, и образен помещали в жесткие условия высокой влажности и высокой температуры. Типичные результаты испытаний приведены на рис. 7.12. Из рисунка видно, что для некоторых клеевых соединений наблюдается заметное распространение л ретины по границе раздела между металлом и клеем. Другие соединения растрескиваются на незначительную величину исключительно по клеевому слою. Для изучения этого эффекта инженеры фирмы Boeing с использованием метода FPL изготовили 1260 образной клеевых соединений, варьируя продолжительность обработки. время приготовления раствора и длительность хранения травильной ванны.
Рис. 7.10. Электронная микрофотография ниверхиог гн алюминия, полученной в результагс его обработки с исиользоканием процесса травления FPL. Увеличение составляет НО тыс. раз. Обратите внимание на пористость поверхности. Сравните данную микрофотографию со схематическим изображением на следующем рисунке |
Мраталжитеяьиостъ иылержки u условиях
воздействия высоких температур и влажности
Рис. 7.12. График, показывающий результаты испытаний при выдержке в течение расчетной долговечности образцов, расслаиваемых клипом
Рис. 7 13. Схематическое представление данных, полученных компанией Boeing на образцах при испытании па расслаивание клином и на образцах в условиях эксплуатации (источник HI) |