两栖装甲救护车表面低温等离子体预处理性能研究

邹 渝，张威威，肖 斌

(1.石家庄机械化步兵学院 a.教研部; b.学员一大队, 石家庄 050083; 2.第三军医大学 卫勤训练基地, 重庆 400038)



【军事医学与卫生装备】

两栖装甲救护车表面低温等离子体预处理性能研究

邹 渝1a，张威威1b，肖 斌2

(1.石家庄机械化步兵学院 a.教研部; b.学员一大队, 石家庄 050083; 2.第三军医大学 卫勤训练基地, 重庆 400038)

针对两栖装甲救护车表面隐身涂层脱落问题，采用低温等离子体预处理技术对表面进行预处理。该技术能减小试样表面接触角，增大表面能，提高拉伸剪切强度，有效提高两栖装甲救护车表面粘接效果，为表面隐身涂层修复和喷涂奠定良好基础。

两栖装甲救护车；低温等离子体；预处理；性能

两栖装甲救护车是指装有装甲防护车体，可在水面和陆地行驶的装甲救护车辆，主要用于两栖作战战场救护和伤员运送。为提高车辆机动性和隐身性，车体表面通常采用金属轻质装甲，表面喷涂隐身涂层。然而，由于使用过程中机械撞击和海水腐蚀等原因，表面隐身涂层易脱落。等离子体表面处理技术，又称离子轰击扩散处理技术，按离子呈现的不同温度分为高温等离子体处理技术和低温等离子体处理技术。由于低温等离子体包含的能量较低，能够使材料表面分子链断裂[1]，被广泛用于在材料表面预处理[2]。鉴于两栖装甲救护车表面处理的特殊要求，采用低温等离子体预处理技术，分析其预处理性能，研究预处理方法，对于提高两栖装甲救护车表面性能和车辆整体防护性具有重要价值。

1 低温等离子体预处理技术

两栖装甲救护车表面为金属轻质装甲材料，具有密度小、质量轻等优点，但其表面亲水性差、易氧化，导致表面与隐身涂层结合差。同时，由于海水腐蚀，使得涂层容易脱落，如图1所示。

低温等离子体预处理技术在非金属材料预处理方面应用较多，效果较好[3-8]，其表面反应机理如图2所示。就目前应用情况来看，气体受辉光作用所引起的等离子体最符合生产及实验要求，处理效果也最为明显[9-13]。因此，两栖装甲救护车表面预处理的低温等离子体，采用气体辉光放电作用产生，对于提高预处理效果具有技术可行性。

图2 等离子体在材料表面的反应机理

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

本实验采用金属轻质装甲为实验样品，制备成20 mm×10 mm×2 mm的试样。取无水乙醇清洗试样10 min，而后在超声清洗机中清洗10 min，之后取出放入蒸馏水中充分洗涤，除去表面吸附的油垢和杂质。

2.2 实验方法

利用TFR02-PL-3700等离子体表面处理机对试样进行表面处理。处理参数为：功率800 W，处理距离10 mm，气氛为空气，时间分别为0 s、5 s、10 s、20 s、40 s，处理后立即进行真空密封存储。

采用JGW-360A型接触角测量仪对等离子体处理前试样的表面接触角进行测试，分析表面能。将经过低温等离子体预处理后的试样放到接触角测量仪上，并以微量滴管滴入适量蒸馏水至其表面，观察表面接触角变化。为提高精确性，采用5次不同的地方测量后的平均值，即为被测试样表面水接触角。对比分析试样在未处理和不同处理时间下的表面亲水性能差异。

采用CMT4303万能实验机，按照GB/T9979—2005要求测试拉剪强度。将环氧树脂和固化剂按照5:1配比混合，分别使用欧河OA2000低速搅拌机搅拌10 min和IKAT高速剪切机混合2 min，制得混合均匀的粘接剂。将粘接剂均匀涂在处理试样表面，按照金属高低温力学性能检测标准搭接试样。使用CMR-1A型热补仪进行固化，真空度为40 kPa，升温速率为5℃/min，固化温度为70℃，固化时间为120 min，固化后自然冷却。

采用Quanta200型扫描电子显微镜(SEM)对试样拉伸剪断口形貌进行观察。

3 实验结果分析

3.1 表面接触角与表面能分析

图3、图4为试样表面接触角和表面能随处理时间变化的曲线。从图3和表1可看出，对试样表面进行等离子体处理20 s后，其接触角由86.8°迅速降低至64.4°，降幅达25.8%。当处理时间为40 s时，接触角降低至48.7°，降幅达43.9%。

图3 等离子体处理对试样表面接触角的影响

通过杨氏方程固体表面能计算方法，计算出试样的表面能。从图4和表1可看出，处理20 s后，表面能从20.3 mJ/m2迅速增加到37.3 mJ/m2，增幅达83.7%。当处理时间为40 s时，表面能增加到50.1 mJ/m2，增幅达146.7%。

结合图3、图4和表1可以看出，随着处理时间的增加，表面接触角随时间增长而下降，表面能随时间增长而上升。接触角和表面能代表试样表面与液体的亲和能力。接触角越小，表面能越大，隐身涂层(液体状)能更好地在材料表面进行浸润和铺展，显著增加二者的接触面积，并在凹坑、缝隙等处更好地渗透。

图4 等离子体处理对试样表面能的影响

处理时间/s接触角/(°)表面能/(m2·mJ-1)086.820.32064.437.34048.750.1

3.2 拉伸剪切强度分析

为研究等离子体表面处理对试样表面粘结性能的影响，对等离子体处理后的试样进行粘接，并对拉剪性能进行对比分析。本实验重点分析不同处理时间对拉剪强度的影响。

图5为试样粘接后的拉剪强度随等离子体处理时间的变化曲线。从图5和表2可以看出，在一定范围内，试样的拉剪强度随等离子体处理时间的增加呈现显著的增加趋势。从未处理到处理40 s，拉剪强度由3.55 MPa增加到了16.52 MPa，上升幅度为3.65倍，效果十分明显。

图5 等离子体处理时间对试样拉剪强度的影响

处理时间/s拉剪力/kN拉剪强度/MPa拉剪强度增加幅度/%01.203.55—53.128.69145103.7610.79204204.5413.68285405.5216.52365

图6为等离子体处理前后铝片粘接后拉剪断口的SEM形貌。由图6(a)可看出，未处理试样断面大部分较为平整，破坏形式为界面破坏，说明试样与胶粘剂界面强度较低。等离子体处理5 s后，拉伸剪切试样断面出现大量不规则凹凸起伏与韧型形貌(图6(b))，试样表面胶含量增加，说明粘接强度有所提高，此时表现为混合断裂。随着处理时间延长，试样表面胶黏剂含量持续增加，逐渐被胶层覆盖，混合断裂越来明显(图6(c)、图6(d)、图6(e))。

图6 等离子体处理前后试样粘接拉剪断口的SEM形貌

通过实验结果分析可知，等离子体对试样表面处理，主要原理是通过等离子体的刻蚀作用，使试样的表面粗糙度增加，进而使其与胶粘剂的有效接触面积增大，导致机械粘接力增强；同时，等离子体处理后试样表面能提高，浸润性能增强，表面活性提高，使粘结界面化学键结合率提升，从而显著提高了粘接强度。

4 结论

采用低温空气等离子体表面预处理技术对两栖装甲救护车表面进行改性，能够明显改善表层亲润性，接触角随着改性时间的增长而显著下降，从未处理到处理40 s时，下降了43.9%；表面能明显升高，由未处理时的20.3 mJ/m2迅速增加到处理40 s时的50.1 mJ/m2，利于表面与隐身涂层粘接。从拉升剪切强度来看，从未处理到处理40 s，拉剪强度由3.55 MPa增加到了16.52 MPa，上升幅度为3.65倍，对于提高表面与隐身涂层粘接强度有明显效果。

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(责任编辑 杨继森)

Research on Characteristics of Low Temperature Plasma Modification on Amphibious Armored Ambulance

ZOU Yu1a， ZHANG Weiwei1b， XIAO Bin2

(1.a.Department of Teaching and Research; b.The First Cadets’ Brigade, Shijiazhuang Mechanized Infantry Academy, Shijiazhuang 050083, China; 2.Medical Service Training Base, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China)

The low temperature plasma modification technology is utilized to solve the problem that stealthy coatings peel off amphibious armored ambulance. After the experiment, the armor surface’s contact angle is reduced. Surface energy and glue joint tensile shear strength is increased. After plasma modification, surface has better felting characteristics which are helpful in stealthy coatings spraying and repairing.

amphibious armored ambulance; low temperature plasma; modification; effect

10.11809/scbgxb2017.07.039

2017-03-15；

2017-04-15

全军军事科研中青年课题(14QJ004-090)；第三军医大学人文社科基金项目(2014XRW12)

邹渝(1986—)，男，讲师，主要从事军事装备学、人因工效学研究。

肖斌(1976—)，男，硕士，副教授，主要从事军事基础教育训练、后勤指挥管理、卫勤训练研究。

format:ZOU Yu，ZHANG Weiwei，XIAO Bin.Research on Characteristics of Low Temperature Plasma Modification on Amphibious Armored Ambulance[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):180-183.

TG178

A

2096-2304(2017)07-0180-04

本文引用格式：邹渝，张威威，肖斌.两栖装甲救护车表面低温等离子体预处理性能研究[J].兵器装备工程学报，2017(7):180-183.