本發(fā)明屬于飛機(jī)防/除冰技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高電阻率電熱涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

飛機(jī)在結(jié)冰云層中飛行時(shí)，機(jī)翼前緣、機(jī)頭、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、螺旋槳、機(jī)身外傳感器等迎風(fēng)面可能結(jié)冰，結(jié)冰后會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)升力減小、阻力增加、推力擾動(dòng)、操穩(wěn)性能下降、儀器/儀表指示異常等現(xiàn)象發(fā)生，從而影響飛行安全，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致機(jī)毀人亡。為了保證飛機(jī)在結(jié)冰條件下的飛行安全，飛機(jī)多設(shè)計(jì)有防/除冰系統(tǒng)，尤其是民用飛機(jī)均裝備有防/除冰系統(tǒng)。

飛機(jī)機(jī)翼前緣防/除冰系統(tǒng)多采用熱氣，由發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出高溫高壓氣體作為能量來源，對(duì)前緣蒙皮進(jìn)行加熱。由于機(jī)翼前緣材料耐溫屬性限制，引出的熱氣需預(yù)冷，且熱氣在防冰腔內(nèi)換熱后排出廢氣的溫度較高，使得傳統(tǒng)引氣防冰的熱利用效率低。

使用電能作為前緣防冰能量來源時(shí)，在產(chǎn)生與熱氣防冰同樣的加熱量時(shí)，所消耗的能量大大降低。近年來，伴隨著多電/全電飛機(jī)的發(fā)展，促進(jìn)了電防冰系統(tǒng)在機(jī)上應(yīng)用。由于熱氣防冰管路熱慣性較大，熱氣防冰采用周期性除冰加熱控制困難，有些情況下可能會(huì)產(chǎn)生冰脊；相比之下，采用電加熱方式可對(duì)加熱功率進(jìn)行周期性精確控制，使得防冰系統(tǒng)也可使用除冰模式，進(jìn)一步降低能耗。

復(fù)合材料由于重量輕，強(qiáng)度高，在飛機(jī)上大幅使用。飛機(jī)機(jī)翼前緣結(jié)構(gòu)材料也逐步由復(fù)合材料取代傳統(tǒng)金屬材料?；趶?fù)合材料結(jié)構(gòu)減重和提升能量利用效率的考慮，需在具有防/除冰功能的飛機(jī)機(jī)翼前緣結(jié)構(gòu)上集成熱噴涂電熱涂層。

傳統(tǒng)的電熱防/除冰方法是將金屬加熱帶嵌入復(fù)合材料內(nèi)部，用膠粘劑將金屬加熱帶固定。但是，該方法存在如下難以克服的問題，即結(jié)合強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低、易損壞、導(dǎo)熱性差、均勻性差。采用噴涂的方法在復(fù)合材料表面形成一體化的電熱涂層，可以有效地起到防/除冰效果，并且能克服上述問題，在飛機(jī)防/除冰方面有廣泛應(yīng)用。另外，由于飛機(jī)上的供電系統(tǒng)比較單一(110V或230V)，而需要防/除冰的部位很多、形狀復(fù)雜多樣、功率要求差別大，對(duì)電熱涂層的電阻率要求范圍也很寬，范圍達(dá)到50×10^-8Ω.m～1000×10^-8Ω.m。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種高電阻率電熱涂層及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種高電阻率電熱涂層，由CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉經(jīng)熱噴涂法制備而成。

上述方案中，所述CuMn合金粉的組成按質(zhì)量百分比計(jì)為：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％。

上述方案中，所述CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比是100:0～50:50。

上述方案中，所述CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比是100:0。

上述方案中，所述CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比是80:20。

上述方案中，所述CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比是50:50。

上述方案中，所述CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉是通過如下方法制備得到：將CuMn合金粉與玻璃粉混合，在電爐中400℃～600℃保溫3h，然后在空氣中冷卻、破碎、篩分得到CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉。

上述高電阻率電熱涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)檢查清理：檢查零件表面，零件待噴涂表面、邊緣及下陷部位上應(yīng)無膠瘤、多余的積膠和其他多余物，若存在應(yīng)進(jìn)行清除；

(2)清洗：采用干凈的綢布或棉擦布蘸丙酮擦洗，或用毛刷蘸丙酮清洗零件表面兩遍，并在溶劑未揮發(fā)之前用干凈的棉布擦干或用清潔、干燥的壓縮空氣吹干；

(3)保護(hù)：①遮擋形狀制定：根據(jù)涂層需要的形狀尺寸，設(shè)計(jì)出相應(yīng)遮擋物的形狀；②制作刀模：根據(jù)遮擋物形狀，制作相應(yīng)的刀模；③選取噴涂膠帶類型：根據(jù)噴涂材料類型，選擇相應(yīng)的膠帶類型；④刀模切割：使用制作完成的刀模對(duì)熱噴涂膠帶進(jìn)行切割；⑤膠帶粘貼：將膠帶與復(fù)合材料對(duì)齊，仔細(xì)完整地粘貼在復(fù)合材料表面；⑥去除待噴涂表面膠帶：仔細(xì)去除待噴涂部分的膠帶，使待噴涂表面暴露出來，同時(shí)應(yīng)注意保持剩余膠帶粘貼平整整齊，三坐標(biāo)檢測(cè)定位誤差，當(dāng)定位誤差小于0.5mm時(shí)進(jìn)行下一步；

(4)活化：①粗化：對(duì)需要進(jìn)行噴涂的區(qū)域，可采用砂紙打磨或采用噴砂的方法進(jìn)行活化，砂子粒度0.42mm～0.85mm；②活化清理：用壓縮空氣、吸塵器或毛刷清理噴砂表面，去掉砂粒和灰分；③活化檢查：在日燈光下，逐件進(jìn)行目視檢查，活化表面應(yīng)無光亮點(diǎn)，活化不合格處允許重新打磨或補(bǔ)噴砂，但應(yīng)嚴(yán)防活化過度損壞復(fù)合材料纖維，活化完成后，應(yīng)在4h內(nèi)進(jìn)行熱噴涂；

(5)固定：根據(jù)工件的形狀，采用工裝將工件安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)械手形成八軸聯(lián)動(dòng)，使噴槍與工件之間的距離基本保持不變；

(6)熱噴涂：根據(jù)實(shí)際需求，選擇噴涂方式，設(shè)置噴涂參數(shù)進(jìn)行噴涂，將CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料的表面形成電熱涂層；

(7)去除遮擋表面膠帶：噴涂結(jié)束后，將剩余膠帶用揭去，用高壓空氣將工件表面灰塵吹凈；

(8)檢驗(yàn)電熱涂層：①涂層外觀：涂層不應(yīng)有裂紋或脫落現(xiàn)象，利用X光檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)微小裂紋；②涂層電阻：采取四探針測(cè)試法檢測(cè)涂層電阻，阻值不得偏離要求值的5％；③涂層厚度：采用測(cè)厚儀多點(diǎn)測(cè)量，厚度不得偏離要求值的5％；④涂層孔隙率：選取10mm×10mm小樣片，進(jìn)行金相測(cè)試，測(cè)得孔隙率不得超過5％；⑤涂層與復(fù)材結(jié)合強(qiáng)度：選取10mm×10mm小樣片，做結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)合強(qiáng)度不得低于10MPa；

(9)封孔：①表面清理：用干燥、潔凈的細(xì)毛刷清理涂層上的塵埃和未粘接牢固的合金粉末等雜質(zhì)；②表面處理劑涂覆：用潔凈、干燥的毛刷蘸表面處理劑涂刷在待封孔的表面；③按封孔膠使用說明書的規(guī)定涂覆封孔膠；

(10)固化：按封孔膠使用說明書的規(guī)定固化封孔膠。

上述方案中，步驟(6)所述噴涂參數(shù)為：噴槍與工件距離200mm～300mm，送粉速度10g/min～20g/min。

上述方案中，步驟(6)所述噴涂方式為火焰噴涂、超音速火焰噴涂或等離子噴涂。

上述方案中，所述電熱涂層的厚度為0.05mm～0.5mm。

上述高電阻率電熱涂層在飛機(jī)機(jī)翼前緣、機(jī)頭、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、螺旋槳和機(jī)身外傳感器的防/除冰方面的應(yīng)用。

本發(fā)明高電阻率電熱涂層的設(shè)計(jì)思想是：在CuMn合金粉中摻入起絕緣作用的玻璃粉，高溫加熱下，CuMn合金粉顆粒表面被氧化以及玻璃粉熔化并將CuMn合金粉顆粒包裹，然后經(jīng)火焰噴涂、超音速火焰噴涂或等離子噴涂在樹脂基體表面形成高電阻率電熱涂層。在噴涂過程中，CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉被快速熔化、氧化而沉積在復(fù)合材料表面形成涂層，對(duì)復(fù)合材料表面不會(huì)產(chǎn)生明顯的燒蝕現(xiàn)象。復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為40×10^-6K^-1～50×10^-6K^-1，CuMn合金的熱膨脹系數(shù)為25×10^-6K^-1，CuMn合金的延展性很好。將CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成電熱涂層后，能均勻、致密地與復(fù)合材料結(jié)合，電熱涂層與復(fù)合材料之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa，室溫電阻率在50×10^-8Ω.m～1000×10^-8Ω.m之間可調(diào)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述高電阻率電熱涂層的制備方法簡(jiǎn)單易行，在噴涂過程中，CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉被快速熔化、氧化而沉積在復(fù)合材料表面形成涂層，對(duì)復(fù)合材料表面不會(huì)產(chǎn)生明顯的燒蝕現(xiàn)象，CuMn合金粉與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成電熱涂層后，涂層能均勻、致密地與復(fù)合材料結(jié)合形成一個(gè)整體，電熱涂層與復(fù)合材料之間的結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa，室溫電阻率在50×10^-8Ω.m～1000×10^-8Ω.m之間可調(diào)，特別適合于電熱功率要求在3W.cm^-2以上的情況。

附圖說明

圖1為實(shí)施例3制備所得電熱涂層的外觀。

圖2為實(shí)施例3制備所得電熱涂層的截面結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

以下實(shí)施例中，高電阻率電熱涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)檢查清理：檢查零件表面，零件待噴涂表面、邊緣及下陷部位上應(yīng)無膠瘤、多余的積膠和其他多余物，若存在應(yīng)進(jìn)行清除；

(2)清洗：采用干凈的綢布或棉擦布蘸丙酮擦洗，或用毛刷蘸丙酮清洗零件表面兩遍，并在溶劑未揮發(fā)之前用干凈的棉布擦干或用清潔、干燥的壓縮空氣吹干；

(3)保護(hù)：①遮擋形狀制定：根據(jù)涂層需要的形狀尺寸，設(shè)計(jì)出相應(yīng)遮擋物的形狀；②制作刀模：根據(jù)遮擋物形狀，制作相應(yīng)的刀模；③選取噴涂膠帶類型：根據(jù)噴涂材料類型，選擇相應(yīng)的膠帶類型；④刀模切割：使用制作完成的刀模對(duì)熱噴涂膠帶進(jìn)行切割；⑤膠帶粘貼：將膠帶與復(fù)合材料對(duì)齊，仔細(xì)完整地粘貼在復(fù)合材料表面；⑥去除待噴涂表面膠帶：仔細(xì)去除待噴涂部分的膠帶，使待噴涂表面暴露出來，同時(shí)應(yīng)注意保持剩余膠帶粘貼平整整齊，三坐標(biāo)檢測(cè)定位誤差，當(dāng)定位誤差小于0.5mm時(shí)進(jìn)行下一步；

(4)活化：①粗化：對(duì)需要進(jìn)行噴涂的區(qū)域，可采用砂紙打磨或采用噴砂的方法進(jìn)行活化，砂子粒度0.42mm～0.85mm；②活化清理：用壓縮空氣、吸塵器或毛刷清理噴砂表面，去掉砂粒和灰分；③活化檢查：在日燈光下，逐件進(jìn)行目視檢查，活化表面應(yīng)無光亮點(diǎn)，活化不合格處允許重新打磨或補(bǔ)噴砂，但應(yīng)嚴(yán)防活化過度損壞復(fù)合材料纖維，活化完成后，應(yīng)在4h內(nèi)進(jìn)行熱噴涂；

(5)固定：根據(jù)工件的形狀，采用工裝將工件安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)械手形成八軸聯(lián)動(dòng)，使噴槍與工件之間的距離基本保持不變；

(6)熱噴涂：根據(jù)實(shí)際需求，選擇噴涂方式，設(shè)置噴涂參數(shù)(噴槍與工件距離200mm～300mm，送粉速度10g/min～20g/min)進(jìn)行噴涂，將CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料的表面形成電熱涂層；

(7)去除遮擋表面膠帶：噴涂結(jié)束后，將剩余膠帶揭去，用高壓空氣將工件表面灰塵吹凈；

(8)檢驗(yàn)電熱涂層：①涂層外觀：涂層不應(yīng)有裂紋或脫落現(xiàn)象，利用X光檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)微小裂紋；②涂層電阻：采取四探針測(cè)試法檢測(cè)涂層電阻，阻值不得偏離要求值的5％；③涂層厚度：采用測(cè)厚儀多點(diǎn)測(cè)量，厚度不得偏離要求值的5％；④涂層孔隙率：選取10mm×10mm小樣片，進(jìn)行金相測(cè)試，測(cè)得孔隙率不得超過5％；⑤涂層與復(fù)材結(jié)合強(qiáng)度：選取10mm×10mm小樣片，做結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)合強(qiáng)度不得低于10MPa；

(9)封孔：①表面清理：用干燥、潔凈的細(xì)毛刷清理涂層上的塵埃和未粘接牢固的合金粉末等雜質(zhì)；②表面處理劑涂覆：用潔凈、干燥的毛刷蘸表面處理劑涂刷在待封孔的表面；③按封孔膠使用說明書的規(guī)定涂覆封孔膠；

(10)固化：按封孔膠使用說明書的規(guī)定固化封孔膠。

實(shí)施例1

將機(jī)翼復(fù)合材料的表面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化；用硅膠帶在復(fù)合材料表面粘貼出U型帶狀結(jié)構(gòu)，帶寬3mm～10mm，帶與帶之間距離為3mm～10mm；用等離子噴涂法將CuMn合金粉(質(zhì)量百分比組成是：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％)噴涂在復(fù)合材料表面形成涂層；撕去硅膠帶，即得到U型帶狀電熱涂層，涂層厚度0.05mm，室溫電阻率50×10^-8Ω.m，電熱涂層與復(fù)合材料緊密結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例2

將CuMn合金粉(質(zhì)量百分比組成是：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％)與玻璃粉混合，CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比為90:10，在電爐中400℃～600℃保溫3h，然后在空氣中冷卻至室溫，破碎、篩分得到CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉。將機(jī)翼復(fù)合材料的表面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化；用硅膠帶在復(fù)合材料表面粘貼出U型帶狀結(jié)構(gòu)，帶寬3mm～10mm，帶與帶之間距離為3mm～10mm；用超音速火焰噴涂法將CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成涂層；撕去硅膠帶，即得到U型帶狀電熱涂層；涂層厚度0.15mm，室溫電阻率115×10^-8Ω.m，電熱涂層與復(fù)合材料緊密結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例3

將CuMn合金粉(質(zhì)量百分比組成是：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％)與玻璃粉混合，CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比為80:20，在電爐中400℃～600℃保溫3h，然后在空氣中冷卻至室溫，破碎、篩分得到CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉。將機(jī)翼復(fù)合材料的表面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化；用硅膠帶在復(fù)合材料表面粘貼出U型帶狀結(jié)構(gòu)，帶寬3mm～10mm，帶與帶之間距離為3mm～10mm；用火焰噴涂法將CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成涂層；撕去硅膠帶，即得到U型帶狀電熱涂層；涂層厚度0.1mm，室溫電阻率530×10^-8Ω.m。

圖1展示了該電熱涂層的外觀，圖2展示了該電熱涂層的截面結(jié)構(gòu)，該電熱涂層與復(fù)合材料緊密結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例4

將CuMn合金粉(質(zhì)量百分比組成是：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％)與玻璃粉混合，CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比為75:25，在電爐中400℃～600℃保溫3h，然后在空氣中冷卻至室溫，破碎、篩分得到CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉。將機(jī)翼復(fù)合材料的表面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化；用硅膠帶在復(fù)合材料表面粘貼出U型帶狀結(jié)構(gòu)，帶寬3mm～10mm，帶與帶之間距離為3mm～10mm；用火焰噴涂法將CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成涂層；撕去硅膠帶，即得到U型帶狀電熱涂層；涂層厚度0.3mm，室溫電阻率620×10^-8Ω.m，電熱涂層與復(fù)合材料緊密結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

實(shí)施例5

將CuMn合金粉(質(zhì)量百分比組成是：Cu占80％～90％，Mn占10％～14％，其它元素占3％～6％)與玻璃粉混合，CuMn合金粉與玻璃粉的質(zhì)量百分比為50:50，在電爐中400℃～600℃保溫3h，然后在空氣中冷卻至室溫，破碎、篩分得到CuMn合金與玻璃粉的復(fù)合粉。將機(jī)翼復(fù)合材料的表面用粒度0.42mm～0.85mm的砂子噴砂粗化；用硅膠帶在復(fù)合材料表面粘貼出U型帶狀結(jié)構(gòu)，帶寬3mm～10mm，帶與帶之間距離為3mm～10mm；用火焰噴涂法將復(fù)合粉噴涂在復(fù)合材料表面形成涂層；撕去硅膠帶，即得到U型帶狀電熱涂層；涂層厚度0.5mm，室溫電阻率980×10^-8Ω.m，電熱涂層與復(fù)合材料緊密結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度≥10MPa。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。