本发明涉及特种功能材料技术领域，具体涉及一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料及其制备方法。
背景技术：
随着钛合金在航空航天、石油、原子能等高技术产业中越来越广泛地应用，钛合金表面技术的研究和开发日益活跃。钛及钛合金由于具有密度小、抗拉伸强度好、比强度高、耐腐蚀、无磁性、可加工性好等特点。目前船舶的热力管道（如柴油机排烟管、蒸汽管等部位）已逐渐采用钛合金取代传统钢基材，然而钛合金在使用中易与其接触的铝、钢、铜及铜基合金工件在海水中产生电偶腐蚀，影响产品的使用寿命和可靠程度。然而，钛合金基材低表面处理需求，表面处理等级无法达到sa2.5级，常规有机硅涂料在常温下与其结合力较差。
在国内外的研究中，美国tenmar公司开发出一种名为耐热耐腐的新型环氧涂料，可实现热绝缘，并减少传统的热绝缘管涂层的必需厚度，其表面光滑，可增加液体的流动性能。该涂料可涂于管线的内壁和外壁，适用于接触输送高温高压气体和产出液的管系，尤其使用于需要绝热防腐的各种输油管、采油管和套管等。它不仅有利于简单、迅速地铺设管线，不增加外径尺寸，而且，热绝缘值比熔和环氧(fbe)大得多。该涂料的使用可极大地减少总尺寸，使管线、套管的安装更容易。当与绝缘实体(聚氨脂)结合时，可大大增强该绝缘体的性能。；美国narmco公司产品名为imidifel850的耐热漆，是以聚苯并咪唑作基料，此产品高温强度极优良，短期可耐539℃，但价格较贵，热喷涂，固化操作麻烦。法国rhone-poulene公司开发的m33以聚双马来酰亚胺树脂的耐热漆，耐热可达250℃以上，具有较高的热稳定性和耐化学品性。俄罗斯研制的聚有机硅酸盐涂料由有机硅氧烷清漆和硅酸盐添加剂及金属氧化物组成，耐700℃高温2500h，可耐500℃到700℃冷热交变10个循环，耐湿热、电绝缘、耐腐蚀、耐辐照，主要用于舰船高温设备和管线的防护等。日本在耐温防腐涂料上的研究较早，报道较多。1966年日本东芝电器公司生产了此种低温固化的有机硅树脂漆，牌号为yr22、yr23，采用了cu、ni、co、cr等金属为中心原子的胺类络合物作为有机硅树脂漆的固化剂，改善了有机硅清漆的贮存稳定性，可低温固化，热机械性能、耐热性优异。
大连理工大学的李娜娜等人利用浸涂法在tc4钛合金表面制备了高温防氧化玻璃-陶瓷涂层，该涂料是以硅酸盐玻璃为主体，硅酸钠为粘结剂制备而成的料浆悬浮体，可在500~1000℃的温度范围内保护钛合金防止氧化；王连军等人以硼铝硅酸盐玻璃为主体，加入有机粘结剂，配制成水悬浮液，所制备的玻璃-陶瓷涂料在高温下对钛合金有较好的保护作用；南京航空航天大学的王云鹏等人以磷酸二氢铝作为粘接剂，氧化镁与氧化锌作为固化剂，氧化铝与氮化硼作为填料，正硅酸四乙酯作为助剂制备出水性涂料，在钛合金表面固化后制备出高温防护陶瓷涂层，对钛合金最高防护温度可达900℃。以上研究的钛合金表面防护涂层主要用于钛合金工件的热加工，涂层一般一次性使用，利用涂层和钛合金的热膨胀系数差异，使涂层在冷却后自行剥落，便于清除。
株洲时代新材料科技股份有限公司以高分子量环氧树脂为基料制备的涂料电气绝缘性能体积电阻率为9.6×1013ω•m，电气强度达67mv/m，耐电弧性能可达127s，其最高耐热温度约为320℃；化工部涂料工业研究设计院采用有机硅树脂和无机填料研制出一种耐高温绝缘涂料，涂层可以在300℃下长期使用；国网天津市电力公司经济技术研究院针对变电工程电力保障系统的绝缘安全问题，研制了一种新型单组分高压绝缘涂料，该涂料的工作温度范围在-50℃~200℃，电击穿强度达20kv•mm-1以上，具有优异的电气绝缘性和阻燃性；北京航空材料研究院研制出一种长期耐600℃、短期耐700℃的有机硅耐高温绝缘涂料，其主要针对飞机高温钢部件绝缘的需求。中船重工第七二五所厦门分部在“十五”期间开发了有机硅耐高温涂料25#和40#，这两种涂料主要针对导弹发射筒瞬间耐高温使用，长期耐高温为200℃左右。
因此，研制一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料，应用在钛合金热力管道外壁，在高温环境下具有良好的结合力和绝缘性能，提升钛合金热力管道的高温防腐蚀能力，具有重大意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料及其制备方法，应用在钛合金热力管道外壁，在高温下与钛合金具有较好的结合力，并具有较好的耐高温绝缘性能，有效提升钛合金热力管道的高温防腐蚀能力。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料，该涂料由以下重量百分比的原料组成：
有机硅树脂30~45%
400±30℃低熔点玻璃料10~20%
硅烷偶联剂kh5500.1~1%
颜料10~20%
陶瓷微珠5~10%
氧化铝5~10%
填料10~15%
溶剂10~20%
助剂2~5%。
优选的，所述的颜料为氧化铁红。
优选的，所述的填料为陶瓷微珠或氧化铝。
优选的，所述的溶剂为二甲苯、正丁醇或环己酮。
优选的，所述的助剂为分散剂、消泡剂。
一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述重量百分比称取各原料，然后将颜料、陶瓷微珠、氧化铝、填料各自放置于干燥洁净的托盘中，放入电热烘箱中进行烘干，自然冷却后分别装袋密封备用，并进行相应的标识；
步骤二、将有机硅树脂、400±30℃低熔点玻璃料、硅烷偶联剂kh550和助剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速分散机低速搅拌15min，分散均匀后再加入步骤一烘干后的各原料，再在1200~1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨2h至涂料细度80μm以下，用剩余溶剂调整粘度至200~800cp，检测粘度后，过滤、出料、包装。
针对钛合金基材低表面处理需求，表面处理等级无法达到sa2.5级，常规有机硅涂料在常温下与其结合力差的问题，本发明采用具有氨基官能团的硅烷偶联剂kh550作为粘合剂促进剂，在改善颜料分散性的同时，提高涂层与基材的结合力，通过控制kh550的添加量，添加量为0.1~1%，可使常温下涂层与钛合金基材附着力提升40%以上。
本发明中，有机硅树脂具有较高的热物理稳定性，以硅氧键为主体的有机硅树脂，其主链由si-o-si构成，而侧链主要为有机基团，这种分子结构使有机硅树脂兼具了有机聚合物和无机材料的双重性能；且在高温环境下，si原子上连接的基团受热氧化后生成更加稳定的si-o-si键，在有机硅高聚物表面生成了富含si-o-si键的稳定保护层，减轻了对高聚物内部的影响。因此，选用有机硅树脂作为钛合金基材用耐高温涂料的基料。
由于一般有机硅树脂在300℃左右开始发生热分解，有机硅涂层在高温下发生分解，碳化，失去足够粘结力，通过低熔点玻璃料的添加，高温下玻璃料熔化可以接替有机硅树脂继续对颜填料的粘附作用，形成致密的耐高温无机层，达到高温防腐蚀的作用。
本发明通过导电率测试，筛选出绝缘性能较好的颜填料；同时，并对初步筛选出的颜填料高温试验（400℃，2h）后再次进行导电性测试，防止部分填料因高温产生金属离子迁移，导致绝缘性能下降，本发明选择的颜料和填料在常温和高温下，均具有良好的绝缘性能。
有益效果：本发明通过运用特殊的材料提高涂层与钛合金在高温环境下的结合力，表面处理等级sa2.5，400℃，2h耐温性试验后的附着力均在5mpa以上；并通过低熔点玻璃料及耐高温颜填料的合理应用来提高涂层耐高温性能，长期耐高温400℃左右，并具备良好的电绝缘性能。本发明的涂料能够应用于舰船钛合金热力管道外壁，可有效屏蔽钛合金与铝、钢、铜及铜基合金工件的直接接触，防止其产生电偶腐蚀，提高钛合金工件的使用寿命。此外，钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料也可推广至其它应用温度在400℃以下的工件，如电气绝缘子等。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。
一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料，该涂料由以下重量百分比的原料组成：有机硅树脂30~45%、400±30℃低熔点玻璃料10~20%、硅烷偶联剂kh5500.1~1%、颜料10~20%、陶瓷微珠5~10%、氧化铝5~10%、填料10~15%、溶剂10~20%和助剂2~5%。
优选的，颜料为氧化铁红；填料为陶瓷微珠或氧化铝；溶剂为二甲苯、正丁醇或环己酮；助剂为分散剂、消泡剂。
一种钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料的制备方法，按照配方的重量百分比称取各原料，然后将颜料、陶瓷微珠、氧化铝、填料各自放置于干燥洁净的托盘中，放入电热烘箱中进行烘干，自然冷却后分别装袋密封备用，并进行相应的标识；、将有机硅树脂、400±30℃低熔点玻璃料、硅烷偶联剂kh550和助剂加入料桶，并加入部分溶剂，用高速分散机低速搅拌15min，分散均匀后再加入之前烘干后的各原料，再在1200~1500r/min的转速下搅拌30min，分散均匀后再研磨2h至涂料细度80μm以下，用剩余溶剂调整粘度至200~800cp，检测粘度后，过滤、出料、包装。依照该方法列举了五个实施例，实施例1~5的配方见表1所示，并依据表2的涂料的主要技术指标；本发明钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料为单组分涂料，涂料主要用高压无气喷涂机喷涂，推荐涂装两道。对各实施例制得的制品进行性能测试，测试结果见表3所示。
表1钛合金用高结合力耐高温绝缘涂料主要技术指标
表2实施例1~5的配方
表3各实施例制得的产品的性能测试检测结果