专利名称：：碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法
技术领域：
：本发明涉及一种金属制品的表面加工工艺，特别是航空刹车件的氧化防护加工
技术领域：
。
背景技术：
：碳/碳复合材料是一种在350'C以上就开始缓慢氧化的材料，该类材料在高温条件下的使用必须采取氧化防护措施，作为航空刹车材料的应用，飞机在着陆的过程中，飞机所有动能的60%到80%在很短的时间(20秒到50秒)内转化为热能，使得碳/碳复合材料刹车件的温度急剧升高。根据能量和热库的设计不同，温度范围可以达到500°C-120°C。如果碳/碳复合材料发生了氧化，就会使得其机械性能迅速下降，所有的键槽传动力矩的部分都有可能失效，造成着陆事故。另外，氧化还会使碳/碳复合材料的摩擦磨损性能发生较大的变化，使飞机在刹车时的可操控性能大幅度下降。为此，氧化防护技术的好坏直接决定了碳/碳复合材料是否能够用于制造航空刹车件。由于，采用基体改性的方法容易使碳/碳复合材料的摩擦磨损性能发生不易控制的改变，给飞机的刹车制动性能带来不良影响，所以目前通用的做法都是采用在非摩擦面涂敷氧化防护涂层的办法进行碳/碳复合材料航空刹车件的抗氧化。抗氧化涂层分为表面覆盖类涂层和表面改性类涂层两类。表面改性类涂层的使用温度一般较低，一般在80(TC以下使用，这类涂层一般使用寿命较长，不易损坏。俗称低温长寿命涂层。另一类表面覆盖类涂层，这类涂层主要是在碳/碳复合材料的表面覆盖上一层致密的膜，涂层起着隔绝空气的作用。这类涂层的一般是用寿命较短，但使用温度较高。最高适用温度可达到2000'C以上，但时间较短，一般长时间的使用不超过100(TC。主要是因为此类涂层一般情况下同碳/碳复合材料的热胀系数存在差异，再加上碳/碳复合材料同一般的其他材料的结合性能较差，在反复热振的条件下会出现大量的微裂纹使得涂层失效。从而造成碳/碳复合材料的高温氧化。
发明内容本发明目的在于发明一种能克服以上各工艺缺陷的碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法。本发明技术方案是先在刹车件的最内层采用碳/碳复合材料表面氧化活性进行钝化，再在钝化层外时行空气阻断处理，在最外层进行涂层和基体之间热胀系数的匹配处理。本发明综合考虑①碳/碳复合材料与不同材料的结合性和②不同材料对碳/碳复合材料表面的氧化活性的影响。通过采用多层涂敷的办法综合利用材料各种优良特性，达到综合最优的抗氧化效果。采用分三次进行不同的功能梯度的航空刹车件三层涂层方法，最终在工件表面形成三种不同功能梯度。涂层三层的特性各有不同，第一层主要是碳/碳复合材料的表面改性，以及利用硅碳和硼以及碳化硼和碳材料的结合性，形成一个表面改性层+结合性过渡层。所以第一层主要成分是硼、硅及其碳化物和少量氧化物。第二层主要是阻断层，组要是起到隔断空气的作用。所以该层的主要成分是陶瓷成分为主。阻断分为物理阻断好化学阻断两种方式。第三层的主要作用是自愈合层，主要是为了克服在热振条件下产生的大量的微裂纹。由于涂层和碳/碳复合材料基体存在有较为明显热胀系数差异，特别是碳/碳复合材料的热胀系数在不同的方向也不尽相同，不可避免的在热振过程中产生较大的形变差异引起的应力，从而造成涂层产生大量的目视不可见的微裂纹，这种微裂纹的产生极易导致涂层抗氧化能力的失效。第三层涂层的自愈合能力就显得极为重要。其中，所述采用碳/碳复合材料表面氧化活性进行钝化是采用粉料A、溶剂A和粘结剂混合后制得的涂层料浆刷涂于碳/碳复合材料刹车件的非摩擦表面，置于22(TC条件下烘干固化后取出，然后再在1600。C真空条件下进行反应烧结。所述粉料A由SiC、BC、B203、Si和B组成；所述溶剂A由甲苯和正丁醇组成；所述粘结剂包括有机硅树脂。所述粉料A、溶剂A和粘结剂的重量比为5:12:3。所述粉料A中SiC、BC、B203、Si和B占粉料A总重量的百分比分别为1020%、1030%、820%、49%和1020°/o;所述溶剂A中甲苯和正丁醇的体积比为7:3。所述粘结剂还可包括固化剂，有机硅树脂与固化剂的重量比为20:1。本发明中，所述空气阻断处理是由粉料B、溶剂B和磷酸酯混合后制得的涂层料加热同时搅拌40分钟后，敷于碳/碳复合材料航空刹车件的钝化层外，在24(TC条件下烘干固化，最后在90(TC条件下热处理；所述粉料B由SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02组成；所述溶剂B由硅溶胶和磷酸二氢铝组成。粉料B、溶剂B和磷酸酯的重量比为7:12:1。其中，所述粉料B中SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02占粉料B总重量的百分比分别为2040%、25%、1030%、312%、226%、317%、1217%、2040%和0.510%;所述溶剂B中硅溶胶和磷酸二氢铝的质量比为9:1。本发明中所述匹配处理由粉料C、溶剂C和粘结剂混合后制得的涂层料刷涂最外层，经24(TC烘干固化后900。C热处理；所述粉料C由SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02组成;所述溶剂C由二甲苯、丙酮和正丁醇组成；所述粘结剂包括有机硅树脂。粉6料C、溶剂C和粘结剂的重量比为5:14:1。其中，所述粉料C中SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02占粉料C总重量的百分比分别为2040%、35%、2040%、25%、226%、630%、2040%、2040%和0.510%;所述溶剂C中二甲苯、丙酮和正丁醇的体积比为4:5:1。所述粘结剂还可包括固化剂，有机硅树脂与固化剂的重量比为20:1。另，本发明中所述各粉料的平均粒度不大于38微米。目的是使的涂层中的各种成分分布得均匀性得到控制，以便在高温处理时成型后的涂层均匀。具体实施例方式一、涂层配制1、各涂层粉料的配制各涂层粉料的力度均应小于3838iim，经过12(TC烘干后置于绝干条件下保存。配比见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注各粉料原料的平均粒度不大于38微米。2、溶剂的配制溶剂A体积比甲苯正丁醇=7:3溶剂B质量比硅溶胶磷酸二氢铝=9:1溶剂C体积比二甲苯丙酮正丁醇=4:5:l3、粘结剂质量比有机硅树脂固化剂=20:1。4、表面活性剂采用磷酸酯。5、料浆配制(1)将粉料A用溶剂A溶解，加入粘结剂，混合均匀后制得涂层料浆A。其中，粉料A、溶剂A和粘结剂的重量比为5:12:3。(2)将粉料B用溶剂B溶解，加入磷酸酯，混合均匀后制得涂层料浆B。其中，粉料B、溶剂B和磷酸酯的重量比为7:12:l。(3)将粉料C用溶剂C溶解，加入粘结剂，混合均匀后制得涂层料浆C。其中，粉料C、溶剂C和粘结剂的重量比为5:14:1。二、加工工艺1、钝化(1)采用超声波清洗的方法将碳/碳复合材料航空刹车件的表面洗干净后烘干，待用。(2)将涂层料浆A刷涂于碳/碳复合材料刹车件的非摩擦表面，置于22(TC条件下烘干固化2小时后取出。(3)在160(TC真空条件下进行反应烧结，保温1小时，形成钝化层。在配制涂层料浆的过程中，根据所需要的涂层厚度调整有机硅和溶剂的比例。通常采用的厚度值为8微米时每100克粉料的溶剂配给量应为1.4升。在涂敷的过程中，有溶剂的挥发发生时，可随时根据现场情况适量添加溶剂量，调至初始的粘稠度即可。2、空气阻断处理(1)将涂层料浆B在加热搅拌器上加热并同时搅拌40分钟后备用，保温温度为8(TC。并控制涂层料浆B的粘稠度控制值为常温下粘度杯流净时间6秒到10秒。(2)在涂敷之前，碳/碳复合材料航空刹车件需要预热到120°C。(3)在钝化层外，采用涂层料浆B涂敷之后，在24(TC环境温度下烘干固化2小时，取出。(4)在90(TC、真空条件下热处理l小时，形成空气阻断层。3、涂层和基体之间热胀系数的匹配处理(1)将涂层料浆C在加热搅拌器上加热并同时搅拌40分钟后备用，保温温度为80°C。(2)在涂敷之前，碳/碳复合材料航空刹车件需要预热到120'C。(3)在空气阻断层外，采用涂层料浆C涂敷之后，在24(TC环境温度下烘干固化2小时，取出。(4)在90(TC、真空条件下热处理l小时，形成最外层，即涂层和基体之间热胀系数的匹配处理层。4、注意点所有的烘干固化均在常压下进行，采用烘箱烘干，烘箱为半开放状态。权利要求1、碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于先在刹车件的最内层采用碳/碳复合材料表面氧化活性进行钝化，再在钝化层外进行空气阻断处理，在最外层进行涂层和基体之间热胀系数的匹配处理。2、根据权利要求1所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述采用碳/碳复合材料表面氧化活性进行钝化是采用粉料A、溶剂A和粘结剂混合后制得的涂层料桨刷涂于碳/碳复合材料刹车件的非摩擦表面，置于22(TC条件下烘干固化后取出，然后再在160(TC真空条件下进行反应烧结。所述粉料A由SiC、BC、B203、Si和B组成；所述溶剂A由甲苯和正丁醇组成；所述粘结剂包括有机硅树脂；所述粉料A、溶剂A和粘结剂的重量比为5:12:3。3、根据权利要求2所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述粉料A中SiC、BC、B203、Si和B占粉料A总重量的百分比分别为1020%、1030%、820°/。、49%和1020%;所述溶剂A中甲苯和正丁醇的体积比为7:3。4、根据权利要求2或3所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述粘结剂还包括固化剂，有机硅树脂与固化剂的重量比为20:1。5、根据权利要求1所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述空气阻断处理是由粉料B、溶剂B和磷酸酯混合后制得的涂层料加热同时搅拌40分钟后，敷于碳/碳复合材料航空刹车件的钝化层外，在24(TC条件下烘干固化，最后在90(TC条件下热处理；所述粉料B由SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02组成；所述溶剂B由硅溶胶和磷酸二氢铝组成；所述粉料B、溶剂B和磷酸酯的重量比为7:12:1。6、根据权利要求5所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述粉料B中SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02占粉料B总重量的百分比分别为2040%、25%、1030%、312%、226%、317%、1217%、2040%和0.510%;所述溶剂B中硅溶胶和磷酸二氢铝的质量比为9:l。7、根据权利要求1所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述匹配处理由粉料C、溶剂C和粘结剂混合后制得的涂层料刷涂最外层，经240'C烘干固化后90(TC热处理；所述粉料C由SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02组成；所述溶剂C由二甲苯、丙酮和正丁醇组成；所述粘结剂包括有机硅树脂；所述粉料C、溶剂C和粘结剂的重量比为5:14:1。8、根据权利要求7所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述粉料C中SiC、BC、B203、Zr02、Al、A1203、Si、B和Ce02占粉料C总重量的百分比分别为2040%、35%、2040°/。、25%、226%、630%、2040%、2040%和0.510%;所述溶剂C中二甲苯、丙酮和正丁醇的体积比为4:5:1。9、根据权利要求7或8所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述粘结剂还包括固化剂，有机硅树脂与固化剂的重量比为20:l。10、根据权利要求2或5或7所述碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，其特征在于所述各粉料的平均粒度不大于38微米。全文摘要碳/碳复合材料航空刹车件的氧化防护加工方法，涉及一种金属制品的表面加工工艺，特别是航空刹车件的氧化防护加工
技术领域：
。先在刹车件的最内层采用碳/碳复合材料表面氧化活性进行钝化，再在钝化层外进行空气阻断处理，在最外层进行涂层和基体之间热胀系数的匹配处理。本发明通过采用多层涂敷的办法综合利用材料各种优良特性，达到综合最优的抗氧化效果。文档编号C04B41/81GK101318835SQ20081002200公开日2008年12月10日申请日期2008年7月17日优先权日2008年7月17日发明者孙文革,居小平,昕邓申请人:孙文革;邓昕;居小平