[發明專利]一種可室溫固化耐超高溫涂料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210434665.4
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102977745A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王群昌;吳航;王福會;朱圣龍;王路;王成;王文
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C09D163/04
• 分類號: C09D163/04;C09D179/08;C09D161/16;C09D5/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 任玉龍

技術領域

本發明涉及涂料技術領域，特別涉及了一種可室溫固化耐超高溫涂料及其制備方法。

背景技術

燒蝕設備特別是航天或航空飛行器飛行過程中，由發動機噴射高溫高壓氣體提供動力。噴管材料在發動機點火瞬間，需承受2000℃以上高溫、高壓、高速燃氣的機械沖刷及化學腐蝕等作用，溫度約以2000℃/s的速度上升，管壁材料極易受到燒蝕。特別是高性能推進劑的使用，使得發動機燃氣溫度、燃燒室壓力及熱傳導速度也相應提高，發動機燃氣溫度大多在2200-3000℃，但工作時間極短，一般在秒級甚至毫秒級。

目前，超高溫材料主要包括難熔金屬及其合金、金屬間化合物、陶瓷及其復合材料、碳/碳復合材料。金屬鎢的熔點最高，但其密度較大，且在低溫時呈現脆性，成型加工難；錸、銥在地球上含量極少，價格昂貴。陶瓷及其復合材料使用較多的是碳化物和硼化物，如ZrC、SiC、TiC等，其中ZrC在高溫氧化為ZrO₂，SiC高于2000℃開始升華。而TiC的熔點高達3250℃，具有良好的耐磨性和抗氧化性，但其強度和韌性不足，需添加第二相的方法抑制晶粒生長。ZrO₂的熱導率相當低，特別是含6~8％的氧化釔的ZrO₂粉末具有更好的抗熱震性，熱導率比全ZrO₂更低。因此，本專利采用TiC與含6~8％的氧化釔的ZrO₂粉末作為填料，制備耐高溫涂層。

涂層的制備方式很多，如熱擴散滲鋁、氣相化學沉積法、電弧沉積法、濺射等。這些工藝不是工作溫度較高，操作復雜，就是設備要求高，涂層生產成本昂貴。因此，選擇涂層材料能滿足耐超高溫、耐沖刷的同時，簡化工藝過程，降低制作成本也是關鍵所在。

發明內容

本發明的目的是為了提高航天或航空飛行器發動機內噴管材料的耐燒蝕性能，提供一種成本低、設備要求簡單、產品性能優異的可室溫固化耐超高溫涂料及其制備方法，特提供了一種可室溫固化耐超高溫涂料及其制備方法。

本發明提供了一種可室溫固化耐超高溫涂料，其特征在于：所述的可室溫固化耐超高溫涂料，包括涂料A組分和涂料B組分；涂料A組分中包括酚醛環氧樹脂與碳化鈦、氧化鋯和填料，填料包括粘土、碳纖維、聚酰亞胺和聚醚醚酮，涂料B組分為胺類固化劑；

酚醛環氧樹脂為淺黃色透明液體，環氧當量為188，粘度為21Pa.s。酚醛環氧樹脂的質量份數為100份；碳化鈦，純度為99％，粒徑為40-80um，碳化鈦的質量份數為10-2000份；含氧化釔的氧化鋯，其中ZrO₂的含量為91.81％，Y₂O₃的含量為8.19％，粒徑為2-12um，含氧化釔的氧化鋯的質量份數為10-2000份；

粘土為季銨鹽改性粘土，蒙脫石含量≥80％，粒徑為20-80um，密度0.43g/cm³，本發明中粘土的質量份數為0-100份；碳纖維，含碳量≥92％，粒徑為50-80um，長徑比為1:4-1:8，碳纖維的質量份數為0-100份；聚酰亞胺，純度≥99％，粒徑為30-40um，聚酰亞胺的質量份數為0-100份；聚醚醚酮，粒徑為20-80um，密度1.32g/cm³，聚醚醚酮的質量份數0-100份。

涂料組分B為胺類固化劑，包括腰果殼胺、聚酰胺和四乙烯五胺，胺類固化劑的質量份數為10-300份。

本發明提供了一種可室溫固化耐超高溫涂料的制備方法，其特征在于：所述的制備方法為，選擇酚醛環氧樹脂作為成膜物質，首先將酚醛環氧樹脂在溶劑中室溫攪拌至完全溶解，然后加入碳化鈦、氧化鋯和研磨珠在研磨機上研磨30-60分鐘，接著加入粘土、碳纖維、聚酰亞胺和聚醚醚酮填料，繼續研磨30-60分鐘，最后用200目篩網過濾，制成涂料A組分待用；涂料B組分為胺類固化劑；

涂層制備方法為，首先對金屬基材進行噴砂處理使基體表面粗糙度Ra＜0.6，然后采用無水乙醇或丙酮清洗金屬基體，優選丙酮。晾干后得到潔凈的金屬基體待用；其次，采用空氣噴涂的方式制備涂層，噴涂壓力為0.2-0.3Mpa，槍嘴與工件之間距離為10-15cm，近似垂直噴涂面，涂層厚度由噴涂次數控制，每次噴涂厚度約為150um，優選150~600um；最后涂層固化過程采用室溫下固化48小時。

所述的溶劑為二甲苯，二甲苯的質量份數為100-2000份。

本發明的優點：