[发明专利]复合结构的模内金属化

说明书

发明领域

本公开总体上涉及金属涂层，更具体地，涉及向复合制品施加表面涂层的系统和方法。

发明背景

复合结构被用于多种应用。在飞机构造中，复合材料越来越多地用于形成机身、机翼和飞机其他组件。在飞机的工作寿命期间，机翼暴露于多种环境作用。例如，在飞行期间飞机高速向前移动时，机翼前缘可遭受雨水和其他形式的水分的冲击。此外，包含机翼的飞机可遭受雷击。

保护复合前缘免受雨水冲击的常规方法包括在前缘上紧固保护性金属带。不幸地，金属带与复合机翼的联接是耗时且耗力的过程，需要大量机械紧固件。大量紧固件可增加飞机总重量。此外，可需要特殊化工具处理（tooling）以在安装过程中保持金属带的位置。此外，通过前缘的外模线（OML）表面安装的紧固件可破坏经过OML表面的气流。气流破坏可导致机翼上方的气流湍流，并导致气动阻力增加和相应的飞机燃料效率降低。

此外，通过利用相对低成本的工具处理来弯曲金属片，金属材料如金属片总体上可形成单曲率形状。但是，机翼前缘沿前缘长度可具有一个或多个复合曲率区域。形成金属侵蚀带以匹配机翼前缘的复合曲率的方法可能需要复杂的金属形成设备，这可增加机翼组装体的总体成本和复杂性。

关于防止雷击，复合材料通常具有低电导率，和有限的消散雷击电能的能力。安置于复合结构表面的金属片可通过消散电能在雷击事件中提供一定保护。不幸地是，为防雷在复合机翼表面上安置金属片可涉及缺陷，其与为防侵蚀而在机翼前缘上安置金属带相关的缺陷相同。

可见，本领域需要在复合表面上提供金属层的方法，其无需机械地紧固单独金属片至复合制品。此外，本领域需要在复合曲率表面上提供金属层的方法，其避免需要复杂的金属形成设备。此外，本领域需要提供金属层的方法，该金属层可保护复合结构免受侵蚀作用、雷击作用和其他作用。

发明概述

上述与现有技术方法相关的、在复合表面上提供金属层的需要被本公开具体地解决和缓解，本公开提供在复合制品上形成表面涂层的方法。方法可包括向工具的工具表面施加热喷涂，其方式使得表面涂层形成，该表面涂层与工具表面具有可剥离的结合。方法可进一步包括在表面涂层上施加复合材料，固化复合材料以形成固化的复合制品，和从工具移除固化的复合制品，其方式是从工具表面剥离表面涂层，并使表面涂层保留于固化的复合制品。

在进一步的实施方式中，公开了复合制品的模内金属化方法。方法可包括向工具的工具表面施加第一热喷涂，其方式使得工具侧涂层部分形成，该工具侧涂层部分与工具表面具有可剥离的结合。方法还可包括向工具侧涂层部分施加第二热喷涂，其方式使得部件侧涂层部分形成，该部件侧涂层部分永久地结合至工具侧涂层部分。此外，方法可包括在部件侧涂层部分上施加复合材料，将复合材料真空装袋，降低复合材料中的树脂粘度——其方式使得树脂浸渍部件侧涂层部分，和在预定温度和预定压力下固化复合材料，生成永久地结合至部件侧涂层部分的固化的复合制品。方法可进一步包括使固化的复合制品脱袋，和从工具移除固化的复合制品，使得工具侧涂层部分从工具表面剥离，并且被保留于固化复合制品上的部件侧涂层部分。

进一步，本公开包括根据下列条款所述的实施方式：

条款1.在复合制品上形成表面涂层的方法，包括步骤：

向工具的工具表面施加热喷涂，其方式使得表面涂层形成，该表面涂层与工具表面具有可剥离的结合；

在表面涂层上施加复合材料；

固化复合材料以形成固化的复合制品；和

从工具移除固化的复合制品，其方式是从工具表面剥离表面涂层并使表面涂层保留于固化的复合制品。

条款2.条款1所述的方法，其中施加热喷涂的步骤包括：

形成表面涂层，其净残余应力在量级上基本上等于工具-涂层粘合强度。

条款3.条款1所述的方法，其中施加热喷涂的步骤包括：

施加第一热喷涂以形成表面涂层的工具侧涂层部分，工具侧涂层部分与工具表面具有可剥离的结合；和

施加第二热喷涂以形成表面涂层的部件侧涂层部分，复合材料被施加在部件侧涂层部分上。

条款4.条款3所述的方法，其中施加热喷涂的步骤包括：

利用高速氧燃料装置施加第一热喷涂。

条款5.条款3所述的方法，其中施加热喷涂的步骤包括：

利用等离子体喷涂装置、高速氧燃料装置和双丝电弧装置中的至少一种施加第二热喷涂。