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1.1 基材表面質量

1.3 涂裝工藝

2.1 試驗材料

2.3 試驗內容

2.4.1 漆前處理試驗 

（1）激光清洗試驗為去除碳纖維基材表面灰塵等雜質，同時提高粗糙 度，使用LCS 100型激光清洗機進行基材表面處理。在同一碳纖維零部件上劃分區域，開展試驗。結合激光清洗機可調整變量，制定試驗參數如表1所示。

（2）手工打磨試驗在開展激光清洗前處理試驗的同時，對碳纖維基 材還進行了傳統的手工打磨后清洗處理，具體操作要 求如下： 

①使用防護工具或工裝對零部件非噴漆表面進行 防護后，使用粗砂紙（120# ）對碳纖維表面進行打磨； ②對圓弧及過渡部位進行重點打磨。手工打磨采用交叉法，各方向打磨次數須≥3 道次，每方向打磨 完畢后，旋轉一定角度進行另一方向的打磨。手工打磨至碳纖維表面輕微發白；③手工打磨完畢后，使用清洗劑清洗碳纖維表面。激光清洗及手動打磨后，噴涂原環氧樹脂涂料，以確定最優前處理方案。

 2.4.2 復合材料專用底漆涂裝試驗 

在制定最優前處理方案基礎上，分別于碳纖維標準試板及零部件表面噴涂復合材料專用底漆及底面漆涂層體系。噴涂復合材料專用底漆≥2 道，涂覆厚度 40~60 μm。涂覆底漆完畢后，于烘干設備內 80 ℃×1.5 h 干燥，再涂丙烯酸聚氨酯面漆≥2 道，涂覆厚度 30~60 μm。底面漆涂覆后徹底干燥。

 2.4.3 裝備服役環境驗證 

將涂覆了復合材料專用底漆及丙烯酸聚氨酯面漆的零部件，搭載于某型號地面裝備上，為更加準確地表征涂層于裝備實際服役環境中的性能，特將零部件安裝于靠近地面位置處，使涂層經受砂石飛濺、高強度振動的沖擊，并通過在高溫、高濕、高海拔地區的 服役環境開展綜合性能驗證考核。

按照表1參數，在同一件碳纖維零部件上進行分區激光清洗。對比圖2 及圖3（a）可知，激光清洗后碳纖維表面顏色加深，但隨著激光功率及頻率的改變， 表面處理效果無明顯變化。在各分區平面位置使用劃格法測附著力≤1 級；圓弧過渡位置涂層發生較大面積脫落，附著力≥4 級。由此可知，激光清洗對平面的處理效果較好，噴涂環氧樹脂底漆及丙烯酸聚氨酯面漆的涂層體系附著力強；對圓弧及過渡部位的處理效果差。說明激光清洗效果可能受到零部件外形輪廓影響，因此在碳纖 維零部件上的推廣應用有待進一步試驗。 

（2）手工打磨

碳纖維零部件經手工打磨至表面發白，并用清洗劑去除浮粉及雜質，如圖 4（a）所示。再噴涂環氧樹脂底漆及丙烯酸聚氨酯面漆，并使用劃格法測附著力，發現零部件平面位置處附著力≤1 級，如圖 4（b）所 示；圓弧過渡位置附著力≤3 級，如圖 4（c）所示。由此可知，相較于激光清洗，傳統的手工打磨方式更易操控，對圓弧過渡位置的清理、打磨作用更強，因此可以提高表面涂層的附著力。但底面漆涂層體系與圓弧位置的附著力仍有較大改善的空間。通過對比試驗，確定以手工打磨后清洗作為前處理方式，在此基礎上開展復合材料專用底漆噴涂試驗驗證。

對圖 2 所示的碳纖維試板進行手工打磨及清洗處理，并按照 2.4.2 中的要求，噴涂復合材料專用底漆及丙烯酸聚氨酯面漆。使用劃圈法測碳纖維試板底面漆涂層附著力≤1 級，如圖 5（a）所示；使用劃格法測底面漆間結合力≤1 級，如圖 5（b）所示。對涂覆底漆的碳纖維零部件進行劃格法測附著力，平面位置處附著力為 0 級，如圖 5（c）所示；圓弧過渡位置處附著力 ≤1 級，如圖 5（d）所示。由此可知，涂覆了復合材料專用底漆的涂層較原涂層附著力有顯著提升，對比情況 如表 2 所示。

裝備搭載涂覆了復合材料專用底漆及丙烯酸聚氨酯面漆的零部件，完成了高溫、高濕、高海拔服役環境下500 km 的考核驗證。碳纖維基材表面涂層完整、色澤均勻，無剝離、脫落等缺陷，如圖 6（a）所示。 對零部件圓弧位置使用劃格法測附著力≤1 級，如圖 6（b）所示。同批次開展對比試驗的其他底面漆涂層體系（改性環氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆，前處理為手工打磨），在服役環境下發生了較大面積的脫落，如圖 6（c）所示。由此可知，通過漆前處理及涂裝工藝參數優化，涂覆了復合材料專用底漆及丙烯酸聚氨酯面漆的涂層體系，不僅靜態檢測下附著力強，于裝備實際服役環境中也有良好的表現。

隨著航空航天領域、汽車制造業及國防工業對輕 量化高強度材料需求的與日俱增，碳纖維增強復合材料以其高比強度、比剛度以及優異的耐高溫、抗摩擦 與耐腐蝕等特性得到越來越多的應用。某型地面裝 備零部件采用了碳纖維基材制造，在前期試驗過程中發生了涂層大面積脫落問題。本研究通過一系列工 藝試驗、性能檢測及裝備服役環境驗證，成功解決了漆膜剝離、脫落的問題，使裝備順利通過試驗考核。在開展試驗研究的基礎上，得出結論如下： 

（1）通過適當的漆前處理（采用了手工打磨方 式），提升碳纖維基材表面粗糙度，可以增加涂料與基 材間的物理機械結合力，從而提升涂層附著力；

（2）根據碳纖維基材特性研制適配的底漆，在手 工打磨提升表面粗糙度的基礎上，底漆附著力可達 0 級，較原環氧樹脂涂層附著力 1 級有所提升； 

（3）優化后的涂裝工藝為：手工打磨后清洗→噴 涂復合材料專用底漆→烘干（80 ℃×1.5 h）→噴涂丙烯酸聚氨酯面漆→烘干（80 ℃×1.5 h）→檢驗。通過 工藝優化，復合材料專用底漆與丙烯酸聚氨酯面漆間 結合力可達 1 級，復合涂層體系與碳纖維基材附著力 ≤1 級，裝備通過高溫、高海拔、高濕服役環境下 500 km 里程考核。

（4）隨著時代的發展，新型材料的研發及應用層出不窮，這就要求在常規鋼鐵、鋁合金、鈦合金等金屬材料以及塑料等非金屬材料用涂料的基礎上，通過研發新型涂料，采用激光清洗、等離子清洗等先進表面 改性手段，綜合提升基材與涂料結合力，是表面處理工作者應關注的重點之一。