專利名稱：一種可室溫固化耐超高溫涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
燒蝕設(shè)備特別是航天或航空飛行器飛行過程中，由發(fā)動機噴射高溫高壓氣體提供動力。噴管材料在發(fā)動機點火瞬間，需承受2000°C以上高溫、高壓、高速燃?xì)獾臋C械沖刷及化學(xué)腐蝕等作用，溫度約以2000°C /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(fā)動機燃?xì)鉁囟?、燃燒室壓力及熱傳?dǎo)速度也相應(yīng)提高，發(fā)動機燃?xì)鉁囟却蠖嘣?200-3000°C，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(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料。金屬鎢的熔點最高，但其密度較大，且在低溫時呈現(xiàn)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(fù)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°C開始升華。而TiC的熔點高達3250°C，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(dǎo)率相當(dāng)?shù)?，特別是含61%的氧化釔的ZrO2粉末具有更好的抗熱震性，熱導(dǎo)率比全ZrO2更低。因此，本專利采用TiC與含61%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(xué)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(fù)雜，就是設(shè)備要求高，涂層生產(chǎn)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(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高航天或航空飛行器發(fā)動機內(nèi)噴管材料的耐燒蝕性能，提供一種成本低、設(shè)備要求簡單、產(chǎn)品性能優(yōu)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(fā)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(huán)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(huán)氧樹脂為淺黃色透明液體，環(huán)氧當(dāng)量為188，粘度為21Pa. S。酚醛環(huán)氧樹脂的質(zhì)量份數(shù)為100份；碳化鈦，純度為99%，粒徑為40-80um，碳化鈦的質(zhì)量份數(shù)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(zhì)量份數(shù)為10-2000份；粘土為季銨鹽改性粘土，蒙脫石含量彡80%，粒徑為20-80um，密度0. 43g/cm3，本發(fā)明中粘土的質(zhì)量份數(shù)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(zhì)量份數(shù)為0-100份；聚酰亞胺，純度彡99%，粒徑為30-40um，聚酰亞胺的質(zhì)量份數(shù)為0-100份；聚醚醚酮，粒徑為20-80um，密度I. 32g/cm3，聚醚醚酮的質(zhì)量份數(shù)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(zhì)量份數(shù)為10-300份。本發(fā)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(huán)氧樹脂作為成膜物質(zhì)，首先將酚醛環(huán)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(xù)研磨30-60分鐘，最后用200目篩網(wǎng)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(yōu)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(shù)控制，每次噴涂厚度約為150um，優(yōu)選15(T600um;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(zhì)量份數(shù)為100-2000份。本發(fā)明的優(yōu)點本專利是以酚醛環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作為耐燒蝕抗沖刷的涂層，成膜物質(zhì)是酚醛環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺或聚醚醚酮填料，在燒蝕過程中形成談骨架作為支撐。同時采用TiC、ZrO2、粘土等填料來增強涂層強度和抗高溫?zé)g性能，阻止和延緩?fù)繉又杏袡C樹脂的分解速度，增強了涂層抗燃?xì)獾臎_刷性能，不僅制備工藝簡單，而且明顯降低了制備成本。本發(fā)明提出簡便的制備工藝，選取廣泛易得的原料，制備這樣一種可室溫固化耐超高溫涂料。制備的耐超高溫涂層與金屬基材有很好的結(jié)合性能，耐燒蝕性能優(yōu)異，經(jīng)過氧乙炔焰，火焰溫度高于3000°C，燒蝕120s后，涂層未發(fā)生明顯的開裂和剝落現(xiàn)象，制備的耐超高溫涂層同時具有很好的防腐性能。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明圖I為耐超高溫涂層燒蝕前的圖；圖2為耐超高溫涂層燒蝕后的圖。
具體實施例方式實施例I將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例2將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為15g四乙烯五胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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，涂層厚度為300um，涂層固 化過程采用室溫下固化48小時。實施例3將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為35g聚酰胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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，涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例4將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入1260g碳化鈦、320g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例5將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入320g碳化鈦、1260g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例6將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維和55g聚醚醚酮填料,繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例7將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維和55g聚酰亞胺填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為300um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例8將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為150um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。實施例9將100酚醛環(huán)氧樹脂加入盛有IOOOg 二甲苯的容器中，在室溫下攪拌至酚醛環(huán)氧樹脂完全溶解，接著加入820g碳化鈦、550g含8%氧化釔的氧化鋯和IOOOg研磨珠在砂磨機上研磨60分鐘，而后加入65g改性粘土、55g碳纖維、55g聚酰亞胺和55g聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨60分鐘，是各種填料均勻混合，最后用200目篩網(wǎng)過濾，制備成涂料A組分待用，涂料B組分為80g腰果殼胺固化劑。
對金屬基材進行噴砂處理，使基體表面粗糙度Ra < 0. 6，然后采用丙酮清洗金屬基體。晾干后得到潔凈的金屬基體待用。采用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。涂層厚度為600um，涂層固化過程采用室溫下固化48小時。另外，以上所述，僅是本發(fā)明較佳可行的實施例而已，不能以此局限本發(fā)明之權(quán)利 范圍，所述酚醛環(huán)氧-碳化鈦/氧化鋯耐超高溫涂料不僅可以用于航天或航空飛行器發(fā)動機噴管管壁，還可作為其它耐高溫設(shè)備或部件隔熱涂層。因此，依本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)思路做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，仍屬本發(fā)明所涵蓋的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー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(huán)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(huán)氧樹脂為淺黃色透明液體，環(huán)氧當(dāng)量為188，粘度為21Pa. s ;酚醛環(huán)氧樹脂的質(zhì)量份數(shù)為100份；碳化鈦，純度為99%，粒徑為40-80um，碳化鈦的質(zhì)量份數(shù)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(zhì)量份數(shù)為10-2000份； 粘土為季銨鹽改性粘土，蒙脫石含量彡80 %，粒徑為20-80um，密度O. 43g/cm3,本發(fā)明中粘土的質(zhì)量份數(shù)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(zhì)量份數(shù)為0-100份；聚酰亞胺，純度彡99%，粒徑為30_40um，聚酰亞胺的質(zhì)量份數(shù)為0-100份；聚醚醚酮，粒徑為20-80um，密度I. 32g/cm3，本發(fā)明中聚醚醚酮的質(zhì)量份數(shù)0-100份。
涂料組分B為胺類固化劑，包括腰果殼胺、聚酰胺和四こ烯五胺，胺類固化劑的質(zhì)量份數(shù)為10-300份。
2.一種如權(quán)利要求I所述的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(huán)氧樹脂作為成膜物質(zhì)，首先將酚醛環(huán)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(xù)研磨30-60分鐘，最后用200目篩網(wǎng)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 < O. 6，然后采用無水こ醇或丙酮清洗金屬基體，優(yōu)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，噴涂壓カ為O. 2-0. 3Mpa，槍嘴與エ件之間距離為10-15cm，近似垂直噴涂面，涂層厚度由噴涂次數(shù)控制，毎次噴涂厚度約為150um，優(yōu)選150-600um ;最后涂層固化過程采用室溫下固化48小吋。
3.按照權(quán)利要求2所述的可室溫固化耐超高溫涂料的制備方法，其特征在于所述的溶劑為ニ甲苯，ニ甲苯的質(zhì)量份數(shù)為100-2000份。
全文摘要
一種可室溫固化耐超高溫涂料，其特征在于包括涂料A組分和涂料B組分；涂料A組分中包括酚醛環(huán)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。一種可室溫固化耐超高溫涂料的制備方法，選擇酚醛環(huán)氧樹脂作為成膜物質(zhì)，首先將酚醛環(huán)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，接著加入粘土、碳纖維、聚酰亞胺和聚醚醚酮填料，繼續(xù)研磨，過濾，制成涂料A組分。本發(fā)明的優(yōu)點阻止和延緩?fù)繉又杏袡C樹脂的分解速度，增強了涂層抗燃?xì)獾臎_刷性能，不僅制備工藝簡單，而且明顯降低了制備成本，制備的耐超高溫涂層同時具有很好的防腐性能。
文檔編號C09D163/04GK102977745SQ20121043466
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王群昌, 吳航, 王福會, 朱圣龍, 王路, 王成, 王文 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所