[發明專利]聚酰亞胺復合材料外調節片長壽命隔熱涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201910644107.2
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110273122B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 崔永靜;湯智慧;王長亮;郭孟秋
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C23C4/02
• 分類號: C23C4/02;C23C4/08;C23C4/10;C23C4/126
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于航空發動機防護涂層領域，尤其涉及聚酰亞胺復合材料外調節片長壽命隔熱涂層的制備方法。本發明在聚酰亞胺復合材料和隔熱層中間增加了樹脂?金屬打底層和金屬中間層結構，有效緩解了由涂層熱膨脹系數不匹配造成的界面應力過大的問題；本發明通過爆炸噴涂技術制備中間層和隔熱面層，一方面提升了噴涂效率，同時降低了噴涂過程中的熱輸入對基體材料造成的熱損傷；另一方面提升了各層間界面的結合強度，進一步提升了涂層耐溫度沖擊的壽命。使其可在380℃的溫度沖擊條件下持續3000次涂層無失效，顯著提升了涂層的使用壽命，適用于聚酰亞胺樹脂基復合材料外調節片隔熱涂層的制備；本發明具有工藝過程可控性強、成本低，噴涂效率高、涂層耐溫度沖擊性能好的優點。

技術領域

本發明屬于航空發動機防護涂層領域，尤其涉及聚酰亞胺復合材料外調節片長壽命隔熱涂層的制備方法。

背景技術

航空發動機尾噴管外調節片采用聚酰亞胺樹脂基復合材料替代鈦合金材料，可以實現減重52％以上的顯著效果，已經成為新型發動機設計的趨勢。使用過程中，外調節片要承受數十萬次的大撓度應力應變，以及加力狀態380℃以上的高低溫交變循環的苛刻環境條件。目前，采用的聚酰亞胺樹脂基復合材料，長時間使用溫度為288℃。長期服役過程中，由于高溫燒蝕老化引起力學性能降低的風險極大。與研制新一代耐高溫樹脂基復合材料相比，采用熱噴涂技術在聚酰亞胺復合材料表面制備隔熱防護涂層以提升復合材料制件耐高溫性能是最為經濟、有效的途徑之一。

采用熱噴涂技術在金屬表面制備陶瓷隔熱涂層已經獲得了較大的經濟效益。然而，針對樹脂基復合材料表面制備YSZ陶瓷涂層主要存在以下難題：一方面，樹脂基復合材料相對于金屬材料，耐溫性能、導熱性能和熱膨脹系數與涂層材料差異較大，導致涂層界面存在較大應力，進而影響涂層使用壽命；另一方面，陶瓷涂層材料的熔點普遍較高，因此噴涂過程中需要的熱源溫度較高，噴涂過程中極易造成復合材料制件的燒損。

有技術方案通過在復合材料上預先制備低熔點金屬打底層的方法，避免了基體材料的損傷，在一定程度上提升了涂層結合強度，打底層的工藝方法主要有等離子噴涂(CN102251208)、電弧噴涂、超音速火焰噴涂(CN 108359926)、冷噴涂(CN 108374139)。由于并未從根本上改變溫度交變過程中由于熱膨脹系數差異造成的防護層與基體間的界面應力，因此多用于短時超溫防護，如CN 108374139、CN 108359926。另外，此類技術方案多采用等離子噴涂、超音速火焰噴涂制備面層或金屬底層，由于等離子噴涂、超音速火焰噴涂等為連續熱噴涂，其噴涂過程中產生的熱輸入量較大，易造成樹脂基復合材料的燒損，而通過間歇噴涂的方法則極大影響了噴涂效率和涂層性能的穩定性。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種聚酰亞胺復合材料外調節片長壽命隔熱涂層的制備方法。

本發明的技術解決方案是，聚酰亞胺復合材料外調節片長壽命隔熱涂層的制備方法，其特征在于，在聚酰亞胺復合材料外調節片表面制備多層陶瓷隔熱涂層，包含：樹脂-金屬打底層、金屬中間層和陶瓷隔熱面層；其制備過程包含以下步驟：(1)采用工業丙酮或堿性清洗劑對外調節片表面進行擦洗后，采用壓縮空氣吹干調節片表面后待用；(2)將配置好的樹脂-金屬混合底漆均勻的噴涂于外調片待噴涂表面；(3)在60～300℃環境下，固化0.5～3小時，獲得厚度為20～70μm打底層；(4)對底漆表面進行清洗和噴砂預處理；(5)采用爆炸噴涂工藝制備金屬中間層，中間層厚度為(20～150)μm；(6)采用爆炸噴涂工藝制備多孔結構隔熱面層，面層厚度為(50～500)μm，孔隙率不低于20％；(7)完成噴涂后，采用封孔劑對涂層表面進行刷涂或噴涂防護。

所述的樹脂-金屬混合底漆，由液態樹脂和金屬粉體按質量比100：(10～50)均勻混合制得，其中液態樹脂為聚酰亞胺樹脂或其改性產物；所用的金屬粉體為Al、Cu、Ni其中的一種或其合金中的一種，其中金屬粉體的粒度為(30～90)μm。

所述的金屬中間層材料為Al、Cu、Ni其中的一種或其合金粉末，粉末粒度滿足5μm～45μm。