专利名称：一种提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的新方法，具体的说是一种采用热喷涂技术在碳布/酚醛树脂表面制备抗高温烧蚀涂层的方法。
背景技术：
碳布/酚醛树脂可通过材料自身烧蚀引起质量损失，吸收并带走大量的热量，阻止外部热量向结构内部传递，多用于火箭、导弹和空间飞行器等空间技术领域作为优良的耐烧蚀材料。其优点是防热效率高，随外部热流变化的适应性强，成本低廉等。然而，碳布 /酚醛树脂的不足之处在于其烧蚀性能不稳定，为保证碳布/酚醛树脂工件的稳定工作，通常加工的工件比较厚重。为适应现代航空航天零部件高比冲、高质量比的要求，更好的发挥碳布/酚醛树脂在热防护材料领域的作用，就必须对现有的碳布/酚醛树脂进行增强与改进研究。目前，传统的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法是树脂改性。例如在碳布/酚醛树脂材料中添加纳米碳粉等，虽能在一定程度上提高碳布/酚醛树脂的热稳定性与抗烧蚀性能，但效果并不显著。表面强化技术是工业零部件或材料延寿以致装备升级改造的有效途径，是符合国家循环经济发展战略的一项系统工程，为提高碳布/酚醛树脂的抗高温烧蚀性能提供了可行的技术解决途径。其中，热喷涂是借助输送气体将涂层材料直接注入高温焰流中使涂层材料受热熔化，以熔融或半熔融状态高速撞击粘附于基体工件表面上形成涂层的一种表面强化处理技术。热喷涂技术具有以下特点方法简单、成熟，操作方便、效率高，基体材料不受限制，可喷涂的涂层材料广泛，涂层性能多种多样，适应性强以及经济效益好等。
发明内容
本发明的设计思想是采用技术成熟且效率较高的热喷涂技术在碳布/酚醛树脂表面制备抗高温烧蚀涂层，以降低热导率，显著提高碳布/酚醛树脂工件的耐高温烧蚀性能，扩展其应用领域。本发明的目的在于提供一种制备方法简单、成熟，操作方便、效率高，能显著提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法。本发明的技术方案为一种提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，采用热喷涂技术在碳布/酚醛树脂表面制备抗高温烧蚀涂层，包含以下步骤
(1)对碳布/酚醛树脂工件进行表面预处理；
(2)把工件装夹在可运动的工作台上；
(3)将待喷涂粉末，包括粘结底层粉末和工作面层粉末在60Π50°C烘干，然后将烘干的粉末装入送粉器中；
(4)分别进行粘结底层和工作面层的热喷涂；
(5)喷涂过程中利用压缩空气冷却碳布/酚醛树脂工件；
(6)对喷涂得到的抗高温烧蚀涂层进行磨抛后处理。
步骤(1)中的表面预处理包括对碳布/酚醛树脂工件进行表面清洁和表面粗化处理，工件表面可以是平面也可以是曲面或波纹面。碳布/酚醛树脂工件的表面清洁包括丙酮除油和超声波清洗。碳布/酚醛树脂工件的表面粗化采取2(Γ70目的砂料喷砂处理，或者电弧喷涂粒度范围为5 50 μ m的镍包铝粉末得到1(Γ30 μ m厚的粗化过渡层。步骤(3)中的粘结底层粉末材料可以是Al、Mo等金属，抑或NiCrAl、NiCr、CoCrAlY 等合金，也可以是NiCrAlC0Y2O3、镍包铝或铝包镍等复合粉末材料，粉末粒度范围为5 100 μ m0步骤(3)中的工作面层粉末材料可以是具备良好抗高温烧蚀性能且易于热喷涂的 Y2O3稳定^O2以及A1203、TaC等陶瓷材料中的任意一种，粉末粒度范围为5 100 μ m，粉末的晶粒尺寸为几十纳米到100 μπι。步骤(4)中的热喷涂方式可以是等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂或爆炸喷涂的任意一种。步骤(4)中的粘结底层和工作面层可以是梯度涂层也可以是非梯度涂层，厚度范围分别为0. 02 0. 15 mm和0. 2 1 mm。本发明的有益效果是采用热喷涂技术在碳布/酚醛树脂表面制备抗高温烧蚀涂层，制备方法简单、成熟，操作方便、效率高，适应性强；不仅可显著提高碳布/酚醛树脂的抗高温烧蚀能力，扩大其应用领域；而且可通过减小碳布/酚醛树脂工件厚度达到减重的目的；同时抗高温烧蚀涂层与基体结合良好，结合强度一般大于25 MPa0因此，该技术具有广阔的应用前景，能够创造出明显的社会效益和经济效益。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式在碳布/酚醛树脂表面制备抗高温烧蚀涂层的步骤如下
(1)对碳布/酚醛树脂工件进行表面预处理。首先将工件置于丙酮中进行超声波清洗 15^30分钟，经酒精擦拭后采用2(Γ70目的刚玉砂对工件表面进行喷砂粗化处理；
(2)把工件装夹在可运动的工作台上；
(3)将粘结底层粉末和工作面层粉末在60°C 150°C烘干，然后将烘干的粉末装入送粉器中。本实施例中所采用的粘结底层粉末材料为NiCrAlC0Y2O3，具体成分(重量百分比) 为 20 25% (Cr+Al)，75 80% (Ni+Co)，Y2O3 中的 Y 含量 0. 5 1. 5%, < 0. 7% C，粒度范围为 45^100 μ m;所采用的工作面层粉末材料为IO3稳定的纳米，具体成分(重量百分比) 为92 95% ZrO2, 5^8% Y2O3，粒度范围为40 90 μ m,晶粒尺寸< 100 nm ；
(4)采用大气等离子喷涂粘结底层和工作面层。本实施例中喷涂粘结底层的工艺参数为Ar流量30 40 1/min、H2流量8 12 1/min、电流；350 450 A、喷距120 180 mm、送粉量 50 80 g/min ；喷涂工作面层的工艺参数为Ar流量20 40 l/min、H2流量8 15 1/min、电流 450^550 A、喷距80 140 mm、送粉量35 55 g/min。粘结底层和工作面层的厚度范围分别为 0. 05 0. 15 mm 和 0. 4 0. 7 mm ；
(5)喷涂过程中利用压缩空气冷却碳布/酚醛树脂工件；
(6)喷涂结束后关闭所有电源，对喷涂得到的抗高温烧蚀涂层进行磨抛后处理，即完成在碳布/酚醛树脂表面进行抗高温烧蚀涂层的制备。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于，步骤(1)中对碳布/酚醛树脂工件表面进行粗化处理，是采用电弧喷涂粒度范围为1(Γ45 μ m的镍包铝粉末得到2(T30 ym厚的粗化过渡层。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于，步骤(3)中所采用的粘结底层粉末材料为NiCr，具体成分(重量百分比)为18 2 Cr，78 82% Ni，粒度范围为25 100 μπι;步骤(4)中采用超音速火焰喷涂粘结底层的工艺参数为02流量 800 1000 1/min、煤油流量20 30 l/h、Ar流量5 15 1/min、喷距300 450 mm、送粉量80 120 g/min。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于，步骤(3)中所采用的工作面层粉末材料为Al2O3陶瓷，粒度范围为4(Γ100 μ m ；步骤(4)中喷涂工作面层的工艺参数为Ar流量；35 45 l/min、H2流量12 16 1/min、电流550 650 A、喷距100 140 mm、 送粉量3(T50 g/min。其它步骤与具体实施方式
一相同。
权利要求
1.一种提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于包含以下步骤(1)对碳布/酚醛树脂工件进行表面预处理；(2)把工件装夹在可运动的工作台上；(3)将待喷涂的粘结底层粉末和工作面层粉末在60Π50！烘干，然后将烘干的粉末装入送粉器中；(4)分别进行粘结底层和工作面层的热喷涂；(5)喷涂过程中利用压缩空气冷却碳布/酚醛树脂工件；(6)对喷涂得到的抗高温烧蚀涂层进行磨抛后处理。
2.根据权利要求1所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，步骤(1)中的表面预处理包括对碳布/酚醛树脂工件进行表面清洁和表面粗化处理，工件表面是平面、曲面或波纹面。
3.根据权利要求1所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，步骤(3)中的粘结底层粉末材料是金属，合金，或复合粉末材料，粉末粒度范围为5 100 μπι。
4.根据权利要求3所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，所述金属是Al或Mo，所述合金是NiCrAl、NiCr或CoCrAlY,所述复合粉末材料是 NiCrAlCo Y2O3、镍包铝或铝包镍。
5.根据权利要求1所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，步骤(3)中的工作面层粉末材料是Y2O3稳定&02、Al2O3或TaC陶瓷材料中的任意一种，粉末粒度范围为5 100 μ m，粉末的晶粒尺寸为几十纳米到100 μπι。
6.根据权利要求1所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，步骤(4)中的热喷涂方式是等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂或爆炸喷涂的任意一种。
7.根据权利要求1所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，步骤(4)中的粘结底层和工作面层是梯度涂层或非梯度涂层，厚度范围分别为0.02、. 15 mm 和 0. 2 1 mm。
8.根据权利要求2所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于，碳布/酚醛树脂工件的表面清洁包括丙酮除油和超声波清洗。
9.根据权利要求2所述的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，其特征在于， 碳布/酚醛树脂工件的表面粗化采取2(Γ70目的砂料喷砂处理，或者电弧喷涂粒度范围为 5^50 μ m的镍包铝粉末得到1(Γ30 μ m厚的粗化过渡层。
全文摘要
本发明涉及一种提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的新方法，其特征在于采用热喷涂技术在碳布/酚醛树脂表面制备由0.02mm~0.15mm厚金属合金粘结底层和0.2mm~1.0mm厚陶瓷工作面层组成的能有效延缓基体烧损的抗高温烧蚀涂层，解决了碳布/酚醛树脂烧蚀性能不稳定的问题。本发明提供的提高碳布/酚醛树脂抗高温烧蚀性能的方法，不仅可大大提高碳布/酚醛树脂的抗高温烧蚀能力，扩大其应用领域；而且可通过减小碳布/酚醛树脂工件厚度达到减重的目的；同时抗高温烧蚀涂层与基体结合良好，制备方法简单、成熟，操作方便、效率高。
文档编号C23C4/02GK102174687SQ20111007779
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者任先京, 侯伟骜, 张鑫, 杨永琦, 章德铭, 谢建刚, 黄新春 申请人:北京矿冶研究总院