[發(fā)明專利]一種金屬表面熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法、復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010578734.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN111593348A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞明;劉哲銘;鄒永純;李君龍;于江祥;賈德昌;周玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);北京電子工程總體研究所
• 主分類號(hào): C23C28/04
• 分類號(hào): C23C28/04;C25D11/30;C04B35/48;C09D1/02;C09D1/00;C09D7/61
• 代理公司: 北京隆源天恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11473
• 代理人: 鮑麗偉

本發(fā)明提供了一種金屬表面熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法、復(fù)合材料。所述金屬表面熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)包括由內(nèi)而外依次設(shè)置于所述金屬基體表面的微弧氧化過渡層和陶瓷涂層，且所述陶瓷涂層包含由內(nèi)至外熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率呈梯度下降的多個(gè)子層。本發(fā)明提供的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，外層陶瓷涂層設(shè)計(jì)成熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率呈梯度變化的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而降低涂層之間的熱膨脹差異，緩解基體與涂層之間的界面應(yīng)力，增加涂層整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，在金屬基體與陶瓷涂層之間引入微弧氧化過渡層，也能夠有效緩解金屬基體與陶瓷涂層之間的應(yīng)力，同時(shí)還提高了陶瓷涂層與金屬基體之間的結(jié)合力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輕金屬熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種金屬表面熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)及其制備方法、復(fù)合材料。

背景技術(shù)

近年來，隨著航空航天科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，輕量化金屬(鎂、鋁、鈦合金)及其復(fù)合材料在航天器、飛行器上的應(yīng)用與日俱增。但因輕金屬熔點(diǎn)低、耐高溫性能差，嚴(yán)重限制了其廣泛的應(yīng)用。涂層改性技術(shù)是提高輕金屬耐高溫性能最直接有效的手段，常用的熱防護(hù)隔熱涂層制備技術(shù)主要有等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電子束物理氣相沉積、等離子物理氣相沉積等，但這些技術(shù)在涂層制備過程中溫度高、沖擊力大，不適用于輕金屬(尤其是薄壁輕金屬)部件的表面熱防護(hù)涂層制備。此外，金屬與隔熱涂層的熱膨脹系數(shù)不匹配，易導(dǎo)致隔熱涂層服役過程中剝落失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是輕金屬的耐高溫能力差，現(xiàn)有在金屬表面制備的熱防護(hù)隔熱涂層，金屬基體與隔熱涂層之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，易導(dǎo)致隔熱涂層開裂剝落。

為解決上述問題中的至少一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，設(shè)置于金屬基體表面，包括由內(nèi)而外依次設(shè)置于所述金屬基體表面的微弧氧化過渡層和陶瓷涂層，且所述陶瓷涂層包含多個(gè)由內(nèi)至外熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率呈梯度下降的子層。

較佳地，所述子層中含有隔熱組分，所述隔熱組分由熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率不同的材料按比例混合而成。

較佳地，所述隔熱組分包括氧化鋯與空心玻璃微球按比例混合而成的材料、氧化鉿與氧化鋯空心微球按比例混合而成的材料及稀土鋯酸鹽與氧化鉿空心微球按比例混合而成的材料中的任意一種。

較佳地，所述微弧氧化過渡層的厚度為1-50μm，所述子層的厚度為1-300μm。

較佳地，所述微弧氧化過渡層包括氧化鎂、氧化鋁、硅酸鎂、硅酸鋁和氧化鈦中的至少一種物相。

本發(fā)明提供的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，外層陶瓷涂層設(shè)計(jì)成熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率呈梯度變化的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而降低涂層之間的熱膨脹差異，緩解基體與涂層之間的界面應(yīng)力，增加涂層整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，另外，在金屬基體與陶瓷涂層之間引入微弧氧化過渡層，也能夠有效緩解金屬基體與陶瓷涂層之間的應(yīng)力，同時(shí)還提高了陶瓷涂層與金屬基體之間的結(jié)合力。

本發(fā)明還提供一種金屬表面熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

通過微弧氧化技術(shù)在金屬基體表面制備微弧氧化過渡層；

配置熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率不同的多份涂料，并將多份所述涂料按熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率降低的順序依次涂覆于所述微弧氧化過渡層上，以在所述微弧氧化過渡層表面制備陶瓷涂層。

較佳地，所述涂料的配置過程包括：

配置粘結(jié)劑，將所述粘結(jié)劑與陶瓷纖維混合，制得涂料基料，將所述涂料基料分成N份；

分別向N份所述涂料基料中加入不同比例的氧化鋯和空心玻璃微球，得到N份熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率不同的所述涂料，其中N為2-10。

較佳地，所述粘結(jié)劑的配置過程包括：

將硅酸鈉、硅酸鉀、磷酸鋁及硼酸鈉中的至少一種與硅溶膠按體積比1:1-20:1混合，并向其中加入濃度為1-10g/100ml的固化劑，制得所述粘結(jié)劑。