２００９年　１２月　第２３卷第６期　装甲兵工程学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｒｍｏｒｅｄ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｃ．　２０ｏ９　

Ｖ０Ｉ＿２３　Ｎｏ．６　

文章编号：１６７２—１４９７（２００９）０６—００８４—０３　铝合金表面涂覆隐身吸波涂层脱落原因分析　

乔玉林，臧　艳，易文斌　（装甲兵工程学院装备再制造国防科技重点实验室，北京１０００７２）　

摘要：通过对某装备车体外脱落隐身吸波涂层样品的表面形貌、截面形貌、元素组成及含量分析，发现吸波涂层　和Ａ１　Ｏ　钝化层之间没有化学结合键，只存在物理吸附和机械结合，在外部环境的作用下，很容易引起隐身吸波涂　层的脱落。　关键词：隐身涂层；脱落；表面分析；失效机理　中图分类号：ＴＢ３３；ＴＧ１７４．４６　文献标志码：Ａ　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　Ｓｔｅａｌｔｈｙ　Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｆｆ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙｓ　Ｓｕｒｆａｃｅ　

ＱＩＡＯ　Ｙｕ—ｌｉｎ，ＺＡＮＧ　Ｙａｎ，ＹＩ　Ｗｅｎ—ｂｉｎ　（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｒｍｏｒｅｄ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｎｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃｏｎ—　ｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｔｅａｌｔｈｙ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｆａｌｌｉｎｇ　ａｐａｒｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｒｍｏｒｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ，ｔｈｅ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｕｔ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｓｔｅａｌｔｈｙ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅ—　ｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｉｎｄｉｎｇ　ｅｘｉｓｔｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒａｄａｒ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ａｎｄ　Ａ１２　Ｏ３　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｂｕｔ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｎｄｓ　ｄｏ　ｎｏｔ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｔｅａｌｔｈｙ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｐｅｅｌ　ｏｆｆ　ｅａｓｉｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｌｔｈｙ　ｃｏａｔｉｎｇ；ｐｅｅｌ　ｏｆｆ；ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　

高强度铝合金材料由于具有比重小、导电导热　能力强、力学性能优异、可加工性好　－２１，自身表面　易形成氧化膜，有利于抵抗应用环境的腐蚀和磨损　等优点，适应武器装备轻量化发展需求，因而被广泛　用于制造新型武器装备的零部件。隐身吸波涂层主　要由粘接剂和吸收剂组成，具有施工简单、全角度、　多方向性、对目标的外形的适应性强和对武器系统　的机动火力性能影响小等特点儿　。为了赋予武　器装备更好的防护能力，往往在其表面涂覆隐身吸　波涂料，以吸收雷达波并降低自身红外辐射，减小被　敌方雷达侦察设备和热像观瞄仪发现的概率　，达　到有效隐身的目的。隐身吸波涂层技术作为重要的　隐身技术之一ｌ　，已成为新型铝合金武器装备上应　用的重要技术。　但在实际使用中发现，铝合金装备表面涂覆的　

收稿日期：２００９．０９－０８　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７７５２２１）　作者简介：乔玉林（１９６５一），男，研究员，博士．　

吸波隐身涂层易出现大量局部小面积或大面积脱落　现象，导致装备隐身性能降低或丧失，极大地降低了　新型铝合金装备的防护能力，加速了铝合金武器装　备的腐蚀，并造成铝合金武器装备维修保养的困难。　笔者针对铝合金装备表面涂覆的吸波隐身涂层易脱　落的问题，通过研究脱落吸波隐身涂层的形貌和组　成，探讨铝合金装备表面涂覆的吸波隐身涂层易脱　落的原因，为吸波隐身涂层的维修提供依据。　

１试验方法　采用ＯＬＹＭＰＵＳ　ＭＰＧ３型显微镜对脱落隐身涂　层样品进行金相分析；采用荷兰ＰＨＩＬＩＰＳ公司生产　的Ｑｕａｎｔａ２００环境扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对脱落隐　身涂层样品的表面和截面进行形貌分析；采用美国　ＥＤＡＸ公司的ＧＥＮＥＳＩＳ型ｘ射线能谱仪（ＥＤＳ）对　第６期　乔玉林，等：铝合金表面涂覆隐身吸波涂层脱落原因分析　８５　样品进行成分分析；采用清华大学分析中心的ＰＨＩ　Ｑｕａｎｔｅｒａ　ＳＸＭ型ｘ射线电子能谱仪（日本ＵＬＶＡＣ—　ＰＨＩ公司生产）进行ＸＰＳ分析。测试条件：标样为　热氧化ＳｉＯ　／Ｓｉ，采用单色器，选用Ａ１阳极靶，能量　分辨率为０．５　ｅＶ，角分辨为４５。，分析室真空度为　６．７×１０～Ｐａ。溅射条件：扫描型Ａｒ　枪，面积为　ｌ　ｍＥ　Ｘ　１　ｍｍ，溅射速率为２８　ｎｍ／ｍｉｎ，能量为　２．０　ｋＶ，发射电流为２Ｏ　ｍＡ。　２脱落隐身吸波涂层表面及截面分析　２．１脱落隐身吸波涂层剥离面表面形貌与成分分析　图１为脱落隐身吸波涂层剥离面的二维和三维　形貌。可见：脱落隐身吸波涂层剥离面表面凹凸不　平，界面清晰，并存在一些不规则的颗粒。　图２为脱落隐身吸波涂层的ＳＥＭ表面形貌，并　对不同区域进行了ＥＤＳ分析。从图２可以观察到　脱落隐身吸波涂层剥离面凹凸不平，无裂纹和粉化　现象，表面结构比较致密。通过对隐身吸波涂层剥　离面存在的不规则颗粒（图２（ａ）中所示）的ＥＤＳ分　析发现，这些不规则的颗粒主要由Ｃ，Ｏ，Ｓｉ元素组成，　其原子数分数分别为ａ（Ｃ）：７４．１ｌ％，ａ（Ｏ）＝　３．５５％，口（Ｓｉ）＝２２．３４％，可初步判断，这些颗粒为碳　化硅陶瓷吸波材料；对隐身吸波涂层剥离面比较平整　面（图２（ｂ）中所示）的ＥＤＳ分析发现，其主要由Ｃ，　Ｏ，Ｓｉ元素组成，各元素原子数分数分别为：ａ（Ｃ）＝　８６．１１％，ａ（Ｏ）＝１２．５５％，ａ（Ｓｉ）＝１．３４％，从３种元　素的原子比看，平整面主要为有机粘结剂，凹坑为吸　收剂与粘结剂脱落之后留下的坑。　

（ａ）二维形貌　ｆｂ）一ｊ维肜貌　图１　脱落隐身吸波涂层剥离面的二维和三维形貌　

ｆａ）隐身吸波涂层剥离面的不规则颗粒ＥＤＳ分析　（ｂ）隐身吸波涂层剥离面的平整面ＥＤＳ分析　图２脱落隐身吸波涂层剥离面的ＳＥＭ形貌　

２．２脱落隐身吸波涂层截面特征分析　图３为铝合金表面脱落的隐身吸波涂层的截面　ＳＥＭ图。可以看出：隐身涂层由多层涂层组成，涂　层之间未发现任何裂纹、气泡、空洞等缺陷，说明各　层之间的结合牢固，而且吸收剂与粘结剂之间的结　合强度较好。靠近剥离层表面的涂层最厚，厚度约　为５００　ｍ，并含有分布均匀、致密的固体颗粒。对　其进行ＥＤＳ面扫描分析发现，该层主要由Ｃ，Ｓ，Ｏ元　素组成，其质量分数分别为：Ｗ（ｃ）＝７８．９９％，　Ｗ（Ｓｉ）＝１４．４０％，Ｗ（Ｏ）＝０６．４２％，主要由碳化硅　吸波材料和粘结剂组成。　２．３脱落隐身吸波涂层剥离面的ＸＰＳ分析　脱落隐身吸波涂层剥离面表面及溅射１００　ｎｍ　后ＸＰＳ宽谱如图４所示。可以看出：剥离面中含有　８６　装甲兵工程学院学报　第２３卷　表面　（ａ）脱落隐身吸波涂层截面的ＳＥＭ形貌　（ｂ）脱落隐身吸波涂层靠近剥离面的ＳＥＭ形貌　图３脱落隐身吸波涂层截面的ＳＥＭ形貌　

靠　近　剥　离　面　涂　层　

结合能　Ｖ　结合能／ｅＶ　［ａ）剥离面的ＸＰＳ宽谱　（ｂ）剥离面溅射￣０１００　ｎｍ时的ＸＰＳ宽谱　

图４脱落隐身吸波涂层剥离面表面ＸＰＳ宽谱　Ｃ，Ｏ，Ｎａ，Ｓｉ元素，而溅射１００　ｎｍ后的表面主要有　Ｃ，Ｏ以及少量的Ｎａ，ｓｉ，剥离面表面及溅射１００　ｎｍ　处均未发现Ａｌ元素。　２．４　隐身吸波涂层的脱落原因分析　通过ＳＥＭ、ＥＤＳ、ＸＰＳ分析脱落隐身吸波涂层截　面，发现脱落隐身吸波涂层是由雷达吸波层和红外　吸波层等复合层组成，各层内部以及各层之间结合　比较牢固，没有出现分层剥离现象。隐身吸波涂层　脱落主要发生在雷达吸波涂层和金属基体之间，其　脱落的原因如下。　１）铝合金装备表面形成的氧化膜有利于抵抗　应用环境的腐蚀和磨损，但由于润湿性能差、惰性　高，使得雷达吸波涂层和Ａ１　Ｏ　钝化层的结合强度　差，二者之间没有化学结合键，只存在分子键，在外　部环境的作用下，很容易引起雷达吸波涂层的脱落。　２）脱落的雷达吸波涂层达到５００　Ｉｘｍ，涂层过　厚，增加了涂层的表面张力，使基材与涂层的表面张　力不易匹配，涂层会发生脱润湿和回缩，造成涂层开　裂或起层。同时，由于涂层与基材的受热膨胀率不　同，这样在环境温度发生交变时，基材与涂层界面产　生的膨胀或收缩应力如果不能适当释放，也易发生　涂层的起层与开裂　Ｊ。　因此，要提高隐身吸波涂层与铝合金基体之间　的结合强度，而又不增加隐身吸波涂层的厚度，需要　从研究涂层与铝合金基体之间的界面力学性能人　手，进一步探索具有一定化学结合力的铝合金表面　预处理方法。　

参考文献：　［１］　宋仁国．高强度铝合金的研究现状及发展趋势［Ｊ］．材料导　报，２０００，１４（１）：２Ｏ．　［２］　周和荣，李晓刚，董超芳．铝合金及其氧化膜大气腐蚀行为与　机理研究进展［Ｊ］．装备环境工程，２００６，３（１）：１—８．　［３］郑国禹，陈亮，刘彬．浅谈隐身涂料及涂层维修技术［Ｊ］．理论　与探索，２００６（６）：２１—２２．　［４］陈亮，郑国禹，王艳艳，等．雷达吸波涂料的研究进展【Ｊ］．表　面技术，２００７，３６（４）：５４—５５．　［５］王连杰，高焕方．吸波涂料概述［Ｊ］．表面技术，２００４，３３（６）：　１３一ｌ４．　［６］　张捷，翁小龙，汪宁，等．热红外隐身涂料涂装施工工艺探讨　［Ｊ］．表面技术，２００２，３１（６）：４２．　［７］　田月娥，朱蕾，肖勇，等．毫米波隐身涂层环境适应性考核与　评价［Ｊ］．测试与评价，２００４，ｌ（２）：３９．　［８］　田月娥，潘志义，袁艺，等．隐身涂层海洋环境适应性问题剖　析［Ｊ］．装备环境工程，２００５，２（６）：６５．　（责任编辑：牛燕平）