Module 6: Materialen en hardware

Module 6: Materialen en Hardware

Overzicht

Module 6 van het EASA Part-66-syllabus biedt de fundamentele kennis die vereist is voor vliegtuigonderhoudscertificerend personeel om de materialen te begrijpen die worden gebruikt in de constructie van vliegtuigen, de hardware die wordt toegepast bij de assemblage, en de degradatiemechanismen die hierop van invloed zijn. Deze module vormt de basis voor het begrijpen waarom vliegtuigen op een bepaalde manier zijn gebouwd, waarom specifieke materialen worden geselecteerd voor specifieke toepassingen, en hoe deze materialen en componenten gedurende hun levensduur moeten worden geïdentificeerd, geïnspecteerd en onderhouden.

De module omvat vliegtuigmaterialen—zowel metallisch als niet-metallisch—corrosiemechanismen en -bescherming, bevestigingsmiddelen en borgmiddelen, composietmaterialen, afdichtingsmiddelen en niet-destructieve beproevingsmethoden. Een grondig begrip van deze onderwerpen is essentieel voor het maken van goede technische beoordelingen tijdens onderhoud, reparatie en certificeringsactiviteiten.

Sectie 1: Metallische vliegtuigmaterialen

1.1 Ferrolegeringen

Staal blijft een kritisch materiaal in de vliegtuigconstructie, met name voor zwaar belaste componenten zoals landingsgestel, motorsteunen en bedieningsstangen van het besturingssysteem. Het belangrijkste legeringselement in staal is koolstof, waarbij aanvullende elementen zoals chroom, nikkel en molybdeen specifieke eigenschappen verschaffen.

Classificatie van staalsoorten:

Warmtebehandeling van staal:

De warmtebehandeling van staal omvat gecontroleerde verwarmings- en koelcycli om de gewenste mechanische eigenschappen te bereiken:

Hardheidsmeting:

Verificatie van warmtebehandeling wordt gewoonlijk uitgevoerd met behulp van hardheidsmeting. De Rockwell-hardheidstest is de meest gebruikte methode in vliegtuigonderhoud, waarbij gebruik wordt gemaakt van een diamanten kegel (voor harde materialen) of een stalen kogelindenter (voor zachtere materialen). De indringdiepte wordt gemeten en omgezet in een hardheidsgetal. Andere methoden zijn Brinell- en Vickers-testen, elk met specifieke toepassingen afhankelijk van materiaal en componentgeometrie.

Identificatie van staalsoorten:Stalen bevestigingsmiddelen worden geïdentificeerd door radiale lijnen op de boutkop. Het aantal lijnen geeft de sterkteklasse aan volgens SAE J429- of ASTM-specificaties. Een bout van klasse 5 heeft bijvoorbeeld drie radiale lijnen, terwijl een bout van klasse 8 er zes heeft. Dit identificatiesysteem is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de juiste vervangende bevestigingsmiddelen tijdens onderhoud worden gebruikt.

1.2 Aluminiumlegeringen

Aluminium is het meest gebruikte constructiemateriaal in de vliegtuigbouw vanwege de uitstekende sterkte-gewichtsverhouding, corrosiebestendigheid en vervormbaarheid.

Gesmede aluminiumlegeringen:

Het aanduidingssysteem voor gesmede aluminiumlegeringen gebruikt een viercijferig nummer:

Warmtebehandeling van aluminiumlegeringen:

Warmtebehandelbare aluminiumlegeringen worden verwerkt via:

De temperaanduiding volgt op het legeringsnummer, zoals -T3 (oplossingsgegloeid, koudbewerkt en natuurlijk verouderd), -T4 (oplossingsgegloeid en natuurlijk verouderd) en -T6 (oplossingsgegloeid en kunstmatig verouderd).

Effecten van oververhitting:

Het overschrijden van de oplossingsgloeitemperatuur veroorzaakt eutectisch smelten op de korrelgrenzen, wat resulteert in:

Deze toestand is onomkeerbaar en vereist opnieuw warmtebehandelen of vervanging van het component.

Klinknagelmaterialen:

Massieve klinknagels worden veelal vervaardigd uit 2117-T4 aluminiumlegering, die goede vervormbaarheid biedt voor het klinken terwijl na installatie voldoende sterkte wordt bereikt. De koudvervorming tijdens het klinken, gecombineerd met natuurlijke veroudering, resulteert in een -T3-toestand. 2024-T4-klinknagels zijn sterker maar minder vervormbaar en gevoeliger voor scheurvorming tijdens het klinken; ze worden doorgaans in de volledig gegloeide toestand geklonken en mogen natuurlijk verouderen. Vervanging van klinknagelmaterialen is niet toegestaan zonder goedkeuring van de technische dienst.

1.3 Titaniumlegeringen

Titanium biedt een uitzonderlijke combinatie van eigenschappen voor luchtvaarttoepassingen:Hoog sterkte-gewichtsverhouding

Veelvoorkomende titaniumlegeringen zijn onder andere Ti-6Al-4V (6% aluminium, 4% vanadium), dat wordt gebruikt voor constructieve componenten, bevestigingsmiddelen en motoronderdelen.

Bewerkingsoverwegingen:

Titanium verstevigt snel door koudvervorming en heeft een slechte thermische geleidbaarheid. Boren en bewerken vereisen:

Het niet naleven van deze parameters resulteert in snelle gereedschapsslijtage, koudvervorming van het materiaal en mogelijke schade aan het component.

1.4 Magnesiumlegeringen

Magnesium is het lichtste constructieve metaal, ongeveer een derde lichter dan aluminium. Het heeft echter aanzienlijke beperkingen:

Magnesiumlegeringen worden gebruikt in beperkte toepassingen zoals versnellingsbakhuizen en sommige niet-constructieve componenten. Corrosie van magnesium verschijnt als wit poeder met het optillen van oppervlaktelagen (exfoliatie). Reiniging moet zorgvuldig worden uitgevoerd met chromaatgebaseerde chemische behandelingen; mechanische methoden zoals draadborstelen kunnen galvanische corrosie veroorzaken en het zachte materiaal beschadigen.

1.5 Materiaalidentificatie

Correcte identificatie van vliegtuigmaterialen is essentieel voor onderhoud. Methoden omvatten:

Kleur, hardheid en vonkentesten zijn geen betrouwbare methoden voor het identificeren van aluminiumlegeringen. Vonkentesten zijn alleen toepasbaar op ferromaterialen.

Sectie 2: Corrosie

2.1 Corrosiemechanismen

Corrosie is de aantasting van een materiaal door chemische of elektrochemische reactie met zijn omgeving. Het is een belangrijke zorg bij vliegtuigonderhoud, aangezien corrosie de structurele integriteit kan aantasten en tot catastrofaal falen kan leiden indien niet gedetecteerd.

Elektrochemische corrosie:

Corrosie vereist vier elementen:

De galvanische reeks rangschikt metalen volgens hun elektrochemische potentiaal. Wanneer ongelijksoortige metalen in contact zijn in aanwezigheid van een elektrolyt, corrodeert het meer anodische metaal bij voorkeur.

2.2 Soorten corrosie

Oppervlaktecorrosie (algemene corrosie):

Deze vorm van corrosie verschijnt als een gelijkmatige aantasting over een oppervlaktegebied. Bij aluminiumlegeringen presenteert het zich typisch als wit/grijze poederachtige afzettingen met putcorrosie. Oppervlaktecorrosie is vaak het beginstadium van ernstigere corrosie en moet worden beoordeeld tegen de toegestane schadelimieten in het SRM.

Putcorrosie:Pitting is een plaatselijke vorm van corrosie die kleine holtes of putjes veroorzaakt. Het wordt vaak veroorzaakt door plaatselijke aantasting van de beschermende oxidelaag. Pitting kan moeilijk visueel te detecteren zijn en kan NDO-methoden vereisen, zoals wervelstroominspectie, om de diepte en omvang te bepalen.

Intergranulaire corrosie:

Deze corrosie tast langs de korrelgrenzen aan, vaak als gevolg van precipitatie van intermetallische fasen tijdens een onjuiste warmtebehandeling. Het is aanvankelijk niet zichtbaar op het oppervlak en vereist NDO-methoden zoals wervelstroomonderzoek voor detectie. Intergranulaire corrosie kan leiden tot:

Exfoliatiecorrosie:

Een vorm van intergranulaire corrosie waarbij corrosieproducten de korrellagen uit elkaar duwen, waardoor het materiaal optilt en afbladdert. Het komt vaak voor bij aluminiumlegeringen en magnesiumlegeringen en verschijnt als een wit poeder met gelaagd optillen.

Spanningscorrosie (SCC):

SCC treedt op wanneer een aanhoudende trekspanning (restspanning of aangebracht) op een materiaal inwerkt in een corrosieve omgeving. De scheurvorming is typisch intergranulair en kan optreden bij spanningsniveaus ruim onder de vloeigrens. SCC verschilt van vermoeiing, die het gevolg is van cyclische belasting. Hoogsterkte aluminiumlegeringen (met name de 7xxx-serie) en hoogsterkte staalsoorten zijn gevoelig.

Galvanische corrosie:

Galvanische corrosie treedt op wanneer ongelijksoortige metalen in elektrisch contact staan in aanwezigheid van een elektrolyt. Het meer anodische metaal corrodeert bij voorkeur. Groenachtig-witte corrosieproducten op stalen bouten in contact met aluminiumconstructies zijn kenmerkend voor galvanische corrosie. Preventiemethoden zijn onder meer:

Frettingcorrosie:

Frettingcorrosie treedt op wanneer twee oppervlakken in contact kleine oscillerende bewegingen ondergaan, wat leidt tot slijtage en oxidatie. Het komt vaak voor bij:

Het kenmerkende rode/bruine oxidepoeder (op staal) of zwarte poeder (op aluminium) onderscheidt fretting van andere corrosievormen.

Filiforme corrosie:

Filiforme corrosie treedt op onder verflagen en verschijnt als draadachtige filamenten. Het is een vorm van zuurstofconcentratiecelcorrosie die een beschadigde verflaag vereist om te kunnen starten.

2.3 Corrosiebescherming

Anodiseren:

Anodiseren is een elektrolytisch proces dat de natuurlijke oxidelaag op aluminium verdikt. Het onderdeel wordt als anode in een zuur elektrolyt geplaatst en er komt zuurstof vrij aan het oppervlak, waardoor een dikke, poreuze aluminiumoxidelaag ontstaat.

Belangrijke kenmerken van geanodiseerde coatings:

Veelvoorkomende anodiseerprocessen zijn chroomzuuranodiseren (MIL-A-8625 Type I) en zwavelzuuranodiseren (Type II). Hard anodiseren (Type III) biedt een dikkere, hardere coating voor slijtvaste toepassingen.

Chromaatconversiecoating (Alodine):

Chromaatconversiecoatings worden op aluminiumoppervlakken aangebracht om te zorgen voor:

Cadmiumplatering:

Cadmiumplatering wordt toegepast op stalen bevestigingsmiddelen en fittingen voor corrosiebescherming. Cadmium is anodisch ten opzichte van staal, wat betekent dat het bij voorkeur corrodeert en zo het onderliggende staal beschermt. Extra voordelen zijn onder andere:

Witte corrosieproducten op cadmiumplatering geven aan dat het cadmium opofferend corrodeert—dit is een zelflimiterende beschermende laag. Roodbruine verkleuring duidt op roestvorming op het onderliggende staal, wat betekent dat de platering is doorbroken en aandacht vereist.

Aluminiseren:

Aluminiseren (aluminiumdiffusiecoating) biedt oxidatie- en corrosiebescherming bij hoge temperaturen (tot ongeveer 900°C). Het wordt toegepast op uitlaatcomponenten van motoren en andere toepassingen bij hoge temperaturen waar cadmium- en zinkcoatings zouden falen.

Primers en verven:

Primers worden aangebracht op schone, voorbereide oppervlakken om:

Epoxyprimers en gechromateerde primers zijn standaard voor aluminiumlegeringsconstructies. De primer moet compatibel zijn met zowel het substraat als het toplaagsysteem.

2.4 Corrosie-inspectie en -beoordeling

Wanneer corrosie wordt gedetecteerd, is de eerste actie om de omvang van de schade te beoordelen tegen de toegestane limieten zoals gespecificeerd in de SRM. Dit omvat:

Wegslepen is alleen toegestaan binnen de SRM-limieten. Vervanging is vereist wanneer corrosie de toegestane limieten overschrijdt of de structurele integriteit aantast.

Sectie 3: Niet-metalen materialen

3.1 Polymeren: thermoplasten en thermoharders

Thermoplasten:

Thermoplasten worden zacht bij verhitting en kunnen herhaaldelijk opnieuw worden gevormd en gesmolten. Deze omkeerbaarheid is hun kenmerkende eigenschap. Veelvoorkomende thermoplasten in vliegtuigen zijn onder andere:

Thermoharders:

Thermoharders ondergaan tijdens het uitharden een onomkeerbare chemische verknopingsreactie. Eenmaal uitgehard kunnen ze niet opnieuw worden gesmolten of gevormd. Veelvoorkomende thermoharders zijn onder andere:

3.2 Acrylmaterialen (Perspex/Plexiglas)

Acrylmaterialen worden veelvuldig gebruikt voor vliegtuigramen en luifels vanwege hun:

Kraken (Crazing):

Kraken is de vorming van fijne oppervlaktescheuren in acrylmaterialen, meestal veroorzaakt door contact met oplosmiddelen zoals aceton, benzine of reinigingsmiddelen die het oppervlak aantasten. Andere oorzaken zijn onder andere:

Hanteren en installatie:Acrylramen worden geleverd met een beschermfolie die op zijn plaats moet blijven totdat al het aangrenzende werk (boren, afdichten, klinken) is voltooid. Het te vroeg verwijderen van de folie stelt de ruit bloot aan krassen op het oppervlak en chemische aantasting.

Reparatieoverwegingen:

Gebarsten acrylramen moeten worden vervangen, niet gerepareerd. Scheuren verminderen de structurele integriteit en kunnen zich voortplanten onder drukkrachten. Stopboren is geen goedgekeurde permanente reparatie voor ramen.

3.3 ABS (Acrylonitril-butadieen-styreen)

ABS is een thermoplast dat wordt gebruikt voor stroomlijnkappen en niet-structurele componenten. Belangrijke overwegingen zijn:

3.4 Composietmaterialen

Composietmaterialen bestaan uit een matrix (hars) versterkt met vezels. De matrix brengt belastingen over tussen de vezels en beschermt ze tegen omgevingsschade, terwijl de vezels sterkte en stijfheid bieden.

Vezeltypen:

Harssystemen:

Uithardingsbewaking:

De glasovergangstemperatuur (Tg) is direct gerelateerd aan de uithardingsgraad van thermohardende harsen. Een volledig uitgeharde hars heeft een karakteristieke Tg; een lagere Tg duidt op onvolledige uitharding. Tg-testen verifiëren dat de uithardingscyclus (tijd/temperatuur) adequaat was.

Composietdefecten:

Vacuümzakproces:

Het vacuümzakproces consolideert composietlaminaten tijdens het uitharden:

Honingraatstructuren:

Honingraatsandwichstructuren bestaan uit een honingraatkern die tussen twee huidplaten is verlijmd. Kernmaterialen omvatten aluminium, Nomex (aramidepapier) en glasvezel.

Kernlassen (splicing):

Bij het lassen van nieuwe honingraatkern in bestaande kern:

Kerncorrosie:Vochtindringing via scheuren of beschadigde buitenhuiden is de primaire oorzaak van corrosie in aluminium honingraatkernen. Regelmatige inspectie op waterindringing is essentieel.

Bliksembeveiliging:

Composietconstructies bevatten vaak een geleidend gaas of folie (koper of aluminium) voor bliksembeveiliging. Geleidbaarheidstests verifiëren dat het LSP-systeem continu en effectief is, zodat bliksemstromen veilig worden afgevoerd. Deze test meet geen structurele integriteit, uithardingstoestand of vochtgehalte.

Toegestane Schade:

Kleine, ondiepe deuken die de kern of de verbinding niet aantasten, kunnen binnen de toegestane schadelimieten vallen en kunnen ongerepareerd blijven als ze de SRM-limieten niet overschrijden. Kernschade, delaminatie en doorboringen vereisen reparatie.

Sectie 4: Bevestigingsmiddelen

4.1 Massieve Klinknagels

Massieve klinknagels zijn de meest voorkomende permanente bevestigingsmiddelen in vliegtuigconstructies. Ze bestaan uit een gefabriceerde kop en een schacht; tijdens de installatie wordt de staart vervormd tot een sluitkop.

Klinknagelmaterialen:

Klinknagelidentificatie:

Kopmarkeringen op klinknagels geven het materiaal aan:

Klinknagelselectie:

Kritieke factoren bij de selectie van klinknagels zijn:

Klinknagelinstallatie:

Klinknagelverwijdering:

Om een beschadigde klinknagel te verwijderen zonder het gat te vergroten:

Klinknagelvervanging:

Klinknagelmateriaalvervangingen zijn niet toegestaan zonder technische goedkeuring. De SRM of AMM specificeert het exacte klinknagelmateriaal voor elke toepassing.

4.2 Bouten en Moeren

Boutidentificatie:

Stalen bouten zijn gemarkeerd met radiale lijnen op de kop om de sterkteklasse aan te geven:

Boutmateriaal kan ook worden geïdentificeerd aan de hand van kopmarkeringen (bijv. "AN" voor Air Force-Navy standaard, "MS" voor Military Standard).

Hi-Lok Bevestigingsmiddelen:

Hi-Lok bevestigingsmiddelen bestaan uit een schroefdraadpen en een ring die met een sleutel wordt gekrompen. Belangrijkste kenmerken:- Consistente opspanning zonder dat een momentsleutel nodig is

Lockbouten:

Lockbouten worden geïnstalleerd door een ring op de bout te zwengelen met behulp van een speciaal hydraulisch gereedschap. Ze vereisen geen koppel, splitpennen of lassen.

Zelfborgende moeren:

Zelfborgende moeren bevatten een borgfunctie—ofwel een nylon inzetstuk of vervormde (niet-cirkelvormige) schroefdraad—die wrijving op de boutdraad veroorzaakt.

Schuifpennen:

Een schuifpen is ontworpen om te breken bij een specifieke schuifbelasting en fungeert als een mechanische zekering om het systeem tegen overbelasting te beschermen.

4.3 Snelbevestigingen

Dzus-bevestigingen:

Dzus-bevestigingen zijn kwartslag-snelbevestigingen die zijn ontworpen voor het snel verwijderen van niet-constructieve panelen. Ze worden niet gebruikt voor primaire constructie.

4.4 Tijdelijke bevestigingen

Clecos:

Clecos zijn veerbelaste tijdelijke bevestigingen die worden gebruikt om plaatwerkdelen uit te lijnen en vast te houden tijdens het boren en klinken. Ze worden verwijderd vóór de eindmontage.

4.5 Installatietechnieken

Natte installatie:

Natte installatie houdt in dat een corrosiewerende afdichting (bijv. polysulfide) op de bevestiger of het gat wordt aangebracht vóór installatie. Het primaire doel is om:

Natte installatie verlengt de vermoeiingslevensduur niet significant (dat wordt bereikt door gatvoorbereiding en perspassing) en werkt niet als smeermiddel (koppelwaarden worden meestal aangepast voor natte installatie).

Koppelverzegeling (koppelstreep):

Koppelverzegeling is een verfachtig materiaal dat na het aandraaien over de bevestiger en de omringende constructie wordt aangebracht. Als het barst of wordt verstoord, duidt dit op mogelijke loslating. Het biedt geen mechanische borging.

Sectie 5: Afdichtingsmiddelen en lijmen

5.1 Soorten afdichtingsmiddelen

Polysulfide-afdichtingsmiddelen:

Polysulfide-afdichtingsmiddelen zijn de meest voorkomende afdichtingsmiddelen voor integrale brandstoftanks van vliegtuigen. Belangrijkste eigenschappen:

Siliconen-afdichtingsmiddelen:

Siliconen-afdichtingsmiddelen zijn niet brandstofbestendig en niet geschikt voor brandstoftanktoepassingen. Ze worden gebruikt voor:

Cyanoacrylaatlijmen:

Cyanoacrylaten (secondelijm) zijn niet geschikt voor grote openingen of constructieve toepassingen. Ze worden gebruikt voor kleine, niet-constructieve verbindingstaken.

5.2 Toepassing van afdichtingsmiddelen

Kritische overwegingen bij het aanbrengen van afdichtingsmiddelen:

5.3 Lijmen

Koudverlijming:

Koudverlijming gebruikt een tweedelige epoxy lijm die uithardt bij kamertemperatuur. Kritische vereisten:- Oppervlaktevoorbereiding is essentieel voor de hechtsterkte.

Sectie 6: Niet-destructief onderzoek (NDO)

6.1 Vloeistofpenetrantonderzoek

Vloeistofpenetrantonderzoek detecteert oppervlaktedoorscheurende discontinuïteiten in niet-poreuze materialen.

Met oplosmiddel verwijderbaar penetrantsysteem:

Voor met oplosmiddel verwijderbare penetranten:

Hogedrukwater wordt gebruikt voor met water afwasbare penetranten, niet voor met oplosmiddel verwijderbare systemen.

6.2 Magnetisch-poederonderzoek (MPI)

Magnetisch-poederonderzoek detecteert oppervlakte- en nabij-oppervlaktescheuren in ferromagnetische materialen (staal, ijzer).

Procedure:

MPI is de meest geschikte methode voor het detecteren van oppervlaktescheuren in stalen lassen en landingsgestelcomponenten.

6.3 Wervelstroomonderzoek

Wervelstroomonderzoek detecteert oppervlakte- en nabij-oppervlaktedefecten in geleidende materialen. Het wordt vaak gebruikt om te detecteren:

Wervelstroom is bijzonder nuttig voor het detecteren van corrosie onder het oppervlak in aluminiumconstructies.

6.4 Ultrasoon onderzoek

Ultrasoon onderzoek maakt gebruik van hoogfrequente geluidsgolven om inwendige defecten te detecteren. Het is effectief voor:

6.5 Tiktest

De tiktest is een eenvoudige methode voor het detecteren van delaminatie in composietconstructies. Een "zacht" of "hol" geluid duidt op een verlies van hechting of delaminatie tussen lagen.

Sectie 7: Verven en afwerken van vliegtuigen

7.1 Functie van primer

Primers worden aangebracht op schone, voorbereide oppervlakken om:

Epoxyprimers en chromaatprimers zijn standaard voor aluminiumlegeringsconstructies.

7.2 Componenten van het verfsysteem

Een compleet vliegtuigverfsysteem bestaat doorgaans uit:

Sectie 8: Vliegtuigleidingen en slangen

8.1 Hydraulische leidingen

Hogedruk hydraulische systemen (3000 psi) gebruiken corrosiebestendig stalen (CRES) leidingen voor sterkte en corrosiebestendigheid.

Samenvatting van belangrijke relaties| Materiaal | Belangrijkste eigenschap | Algemene toepassing | Belangrijkste aandachtspunt |

|----------|--------------------------|---------------------|-----------------------------|

| Aluminium 2024-T3 | Hoge sterkte-gewichtsverhouding | Vleugelhuiden, romp | Corrosie, vermoeiing |

| Aluminium 7075-T6 | Hoogste sterkte | Vleugelliggers, bovenhuiden | Spanningscorrosie |

| Titanium Ti-6Al-4V | Hoge sterkte, corrosiebestendig | Bevestigingsmiddelen, constructie | Versteviging tijdens bewerking |

| Staal (legering) | Hoge sterkte | Landingsgestel, motorsteunen | Corrosie, waterstofbrosheid |

| CRES | Corrosiebestendig | Hydraulische leidingen, bevestigingsmiddelen | Kosten, gewicht |

| Magnesium | Lichtste constructiemetaal | Versnellingsbakhuizen | Corrosie, ontvlambaarheid |

| Acryl | Optische helderheid | Ramen, luifels | Haarscheuren, oplosmiddelaantasting |

| Koolstofvezelcomposiet | Hoge stijfheid-gewichtsverhouding | Primaire constructie | Delaminatie, impactschede |

Typische Examenaandachtspunten

Referenties