專利名稱：一種提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的新方法，具體的說是一種采用熱噴涂技術(shù)在碳布/酚醛樹脂表面制備抗高溫?zé)g涂層的方法。
背景技術(shù)：
碳布/酚醛樹脂可通過材料自身燒蝕引起質(zhì)量損失，吸收并帶走大量的熱量，阻止外部熱量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞，多用于火箭、導(dǎo)彈和空間飛行器等空間技術(shù)領(lǐng)域作為優(yōu)良的耐燒蝕材料。其優(yōu)點是防熱效率高，隨外部熱流變化的適應(yīng)性強(qiáng)，成本低廉等。然而，碳布 /酚醛樹脂的不足之處在于其燒蝕性能不穩(wěn)定，為保證碳布/酚醛樹脂工件的穩(wěn)定工作，通常加工的工件比較厚重。為適應(yīng)現(xiàn)代航空航天零部件高比沖、高質(zhì)量比的要求，更好的發(fā)揮碳布/酚醛樹脂在熱防護(hù)材料領(lǐng)域的作用，就必須對現(xiàn)有的碳布/酚醛樹脂進(jìn)行增強(qiáng)與改進(jìn)研究。目前，傳統(tǒng)的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法是樹脂改性。例如在碳布/酚醛樹脂材料中添加納米碳粉等，雖能在一定程度上提高碳布/酚醛樹脂的熱穩(wěn)定性與抗燒蝕性能，但效果并不顯著。表面強(qiáng)化技術(shù)是工業(yè)零部件或材料延壽以致裝備升級改造的有效途徑，是符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的一項系統(tǒng)工程，為提高碳布/酚醛樹脂的抗高溫?zé)g性能提供了可行的技術(shù)解決途徑。其中，熱噴涂是借助輸送氣體將涂層材料直接注入高溫焰流中使涂層材料受熱熔化，以熔融或半熔融狀態(tài)高速撞擊粘附于基體工件表面上形成涂層的一種表面強(qiáng)化處理技術(shù)。熱噴涂技術(shù)具有以下特點方法簡單、成熟，操作方便、效率高，基體材料不受限制，可噴涂的涂層材料廣泛，涂層性能多種多樣，適應(yīng)性強(qiáng)以及經(jīng)濟(jì)效益好等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)計思想是采用技術(shù)成熟且效率較高的熱噴涂技術(shù)在碳布/酚醛樹脂表面制備抗高溫?zé)g涂層，以降低熱導(dǎo)率，顯著提高碳布/酚醛樹脂工件的耐高溫?zé)g性能，擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡單、成熟，操作方便、效率高，能顯著提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，采用熱噴涂技術(shù)在碳布/酚醛樹脂表面制備抗高溫?zé)g涂層，包含以下步驟
(1)對碳布/酚醛樹脂工件進(jìn)行表面預(yù)處理；
(2)把工件裝夾在可運(yùn)動的工作臺上；
(3)將待噴涂粉末，包括粘結(jié)底層粉末和工作面層粉末在60Π50°C烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中；
(4)分別進(jìn)行粘結(jié)底層和工作面層的熱噴涂；
(5)噴涂過程中利用壓縮空氣冷卻碳布/酚醛樹脂工件；
(6)對噴涂得到的抗高溫?zé)g涂層進(jìn)行磨拋后處理。
步驟(1)中的表面預(yù)處理包括對碳布/酚醛樹脂工件進(jìn)行表面清潔和表面粗化處理，工件表面可以是平面也可以是曲面或波紋面。碳布/酚醛樹脂工件的表面清潔包括丙酮除油和超聲波清洗。碳布/酚醛樹脂工件的表面粗化采取2(Γ70目的砂料噴砂處理，或者電弧噴涂粒度范圍為5 50 μ m的鎳包鋁粉末得到1(Γ30 μ m厚的粗化過渡層。步驟(3)中的粘結(jié)底層粉末材料可以是Al、Mo等金屬，抑或NiCrAl、NiCr、CoCrAlY 等合金，也可以是NiCrAlC0Y2O3、鎳包鋁或鋁包鎳等復(fù)合粉末材料，粉末粒度范圍為5 100 μ m0步驟(3)中的工作面層粉末材料可以是具備良好抗高溫?zé)g性能且易于熱噴涂的 Y2O3穩(wěn)定^O2以及A1203、TaC等陶瓷材料中的任意一種，粉末粒度范圍為5 100 μ m，粉末的晶粒尺寸為幾十納米到100 μπι。步驟(4)中的熱噴涂方式可以是等離子噴涂、火焰噴涂、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂的任意一種。步驟(4)中的粘結(jié)底層和工作面層可以是梯度涂層也可以是非梯度涂層，厚度范圍分別為0. 02 0. 15 mm和0. 2 1 mm。本發(fā)明的有益效果是采用熱噴涂技術(shù)在碳布/酚醛樹脂表面制備抗高溫?zé)g涂層，制備方法簡單、成熟，操作方便、效率高，適應(yīng)性強(qiáng)；不僅可顯著提高碳布/酚醛樹脂的抗高溫?zé)g能力，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域；而且可通過減小碳布/酚醛樹脂工件厚度達(dá)到減重的目的；同時抗高溫?zé)g涂層與基體結(jié)合良好，結(jié)合強(qiáng)度一般大于25 MPa0因此，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠創(chuàng)造出明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式在碳布/酚醛樹脂表面制備抗高溫?zé)g涂層的步驟如下
(1)對碳布/酚醛樹脂工件進(jìn)行表面預(yù)處理。首先將工件置于丙酮中進(jìn)行超聲波清洗 15^30分鐘，經(jīng)酒精擦拭后采用2(Γ70目的剛玉砂對工件表面進(jìn)行噴砂粗化處理；
(2)把工件裝夾在可運(yùn)動的工作臺上；
(3)將粘結(jié)底層粉末和工作面層粉末在60°C 150°C烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中。本實施例中所采用的粘結(jié)底層粉末材料為NiCrAlC0Y2O3，具體成分(重量百分比) 為 20 25% (Cr+Al)，75 80% (Ni+Co)，Y2O3 中的 Y 含量 0. 5 1. 5%, < 0. 7% C，粒度范圍為 45^100 μ m;所采用的工作面層粉末材料為IO3穩(wěn)定的納米，具體成分(重量百分比) 為92 95% ZrO2, 5^8% Y2O3，粒度范圍為40 90 μ m,晶粒尺寸< 100 nm ；
(4)采用大氣等離子噴涂粘結(jié)底層和工作面層。本實施例中噴涂粘結(jié)底層的工藝參數(shù)為Ar流量30 40 1/min、H2流量8 12 1/min、電流；350 450 A、噴距120 180 mm、送粉量 50 80 g/min ；噴涂工作面層的工藝參數(shù)為Ar流量20 40 l/min、H2流量8 15 1/min、電流 450^550 A、噴距80 140 mm、送粉量35 55 g/min。粘結(jié)底層和工作面層的厚度范圍分別為 0. 05 0. 15 mm 和 0. 4 0. 7 mm ；
(5)噴涂過程中利用壓縮空氣冷卻碳布/酚醛樹脂工件；
(6)噴涂結(jié)束后關(guān)閉所有電源，對噴涂得到的抗高溫?zé)g涂層進(jìn)行磨拋后處理，即完成在碳布/酚醛樹脂表面進(jìn)行抗高溫?zé)g涂層的制備。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于，步驟(1)中對碳布/酚醛樹脂工件表面進(jìn)行粗化處理，是采用電弧噴涂粒度范圍為1(Γ45 μ m的鎳包鋁粉末得到2(T30 ym厚的粗化過渡層。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于，步驟(3)中所采用的粘結(jié)底層粉末材料為NiCr，具體成分(重量百分比)為18 2 Cr，78 82% Ni，粒度范圍為25 100 μπι;步驟(4)中采用超音速火焰噴涂粘結(jié)底層的工藝參數(shù)為02流量 800 1000 1/min、煤油流量20 30 l/h、Ar流量5 15 1/min、噴距300 450 mm、送粉量80 120 g/min。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于，步驟(3)中所采用的工作面層粉末材料為Al2O3陶瓷，粒度范圍為4(Γ100 μ m ；步驟(4)中噴涂工作面層的工藝參數(shù)為Ar流量；35 45 l/min、H2流量12 16 1/min、電流550 650 A、噴距100 140 mm、 送粉量3(T50 g/min。其它步驟與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于包含以下步驟(1)對碳布/酚醛樹脂工件進(jìn)行表面預(yù)處理；(2)把工件裝夾在可運(yùn)動的工作臺上；(3)將待噴涂的粘結(jié)底層粉末和工作面層粉末在60Π50！烘干，然后將烘干的粉末裝入送粉器中；(4)分別進(jìn)行粘結(jié)底層和工作面層的熱噴涂；(5)噴涂過程中利用壓縮空氣冷卻碳布/酚醛樹脂工件；(6)對噴涂得到的抗高溫?zé)g涂層進(jìn)行磨拋后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，步驟(1)中的表面預(yù)處理包括對碳布/酚醛樹脂工件進(jìn)行表面清潔和表面粗化處理，工件表面是平面、曲面或波紋面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，步驟(3)中的粘結(jié)底層粉末材料是金屬，合金，或復(fù)合粉末材料，粉末粒度范圍為5 100 μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，所述金屬是Al或Mo，所述合金是NiCrAl、NiCr或CoCrAlY,所述復(fù)合粉末材料是 NiCrAlCo Y2O3、鎳包鋁或鋁包鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，步驟(3)中的工作面層粉末材料是Y2O3穩(wěn)定&02、Al2O3或TaC陶瓷材料中的任意一種，粉末粒度范圍為5 100 μ m，粉末的晶粒尺寸為幾十納米到100 μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，步驟(4)中的熱噴涂方式是等離子噴涂、火焰噴涂、超音速火焰噴涂或爆炸噴涂的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，步驟(4)中的粘結(jié)底層和工作面層是梯度涂層或非梯度涂層，厚度范圍分別為0.02、. 15 mm 和 0. 2 1 mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于，碳布/酚醛樹脂工件的表面清潔包括丙酮除油和超聲波清洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，其特征在于， 碳布/酚醛樹脂工件的表面粗化采取2(Γ70目的砂料噴砂處理，或者電弧噴涂粒度范圍為 5^50 μ m的鎳包鋁粉末得到1(Γ30 μ m厚的粗化過渡層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的新方法，其特征在于采用熱噴涂技術(shù)在碳布/酚醛樹脂表面制備由0.02mm~0.15mm厚金屬合金粘結(jié)底層和0.2mm~1.0mm厚陶瓷工作面層組成的能有效延緩基體燒損的抗高溫?zé)g涂層，解決了碳布/酚醛樹脂燒蝕性能不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明提供的提高碳布/酚醛樹脂抗高溫?zé)g性能的方法，不僅可大大提高碳布/酚醛樹脂的抗高溫?zé)g能力，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域；而且可通過減小碳布/酚醛樹脂工件厚度達(dá)到減重的目的；同時抗高溫?zé)g涂層與基體結(jié)合良好，制備方法簡單、成熟，操作方便、效率高。
文檔編號C23C4/02GK102174687SQ20111007779
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者任先京, 侯偉驁, 張鑫, 楊永琦, 章德銘, 謝建剛, 黃新春 申請人:北京礦冶研究總院