一种多功能磁性树脂基复合吸波涂层及其制备方法和应用与流程

本发明属于耐高温吸波涂层材料，具体涉及一种多功能磁性树脂基复合吸波涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、雷达吸波材料技术是军事隐身领域的一项重要技术，按功能分为涂覆型吸波材料、贴片型、结构型等吸波材料，涂覆型吸波材料具有不受构件结构限制、易于施工等特点最早开使被进行广泛研究。隐身部位按照工作温度来划分，可以分为常温和高温两类。武器在高速飞行状态下易出现气流灼烧问题，这对吸波材料在高温下的稳定服役提出了更高的要求，是提高武器安全和打击能力的关键所在。针对耐高温吸波涂料的差异化需求，树脂基吸波材料因其制备与成型工艺简单，容易控制，成为研究的热点。其中，有机硅树脂因其si-o-si主链结构，拥有有机-无机框架，使得有机硅树脂具有优异的耐热性、耐候性和加工性，但是在实际应用过程中，有机硅树脂仍然存在突出的问题，主要表现为：固化温度高、时间长、对基材的附着力差、高温下漆膜的机械强度低等。因此，通常需要与其他树脂进行共聚或共混来对有机硅树脂进行化学或物理改性，但采用传统的环氧、丙烯酸等树脂进行改性时，无疑会对有机硅树脂的耐温性造成影响。

2、以磁损耗型吸波材料作为硅树脂涂层的吸波剂，是能够实现宽频强吸收的较优解，但传统的铁氧体、羰基铁粉等磁性吸波剂具有密度大、高温易被氧化、高温稳定性差、居里温度低等问题无法满足直接在高温条件下的使用。随着中高熵合金的发展，元素间的复杂相互作用，使合金呈现“鸡尾酒效应”，随之被研发出了一大批具有高居里温度、磁性、抗氧化等优异性能的中高熵合金。其中在磁性材料中含si、cr元素的磁性合金具有大的磁导率和较高的介电特性及良好的热稳定性、耐氧化性等特点，并且高磁导率、高磁损耗使其在吸波涂层厚度较小时还能保持对低频段电磁波能量的高吸收，因此高温磁性合金引入是耐高温吸波涂层实现“轻、薄、强、宽”的必经之路。常用的为铁硅铬合金(fsc)，其组分为fe87si6.5cr6.5，但由于其较高的介电常数，通常会对其进行无机包覆、有机包覆、复合陶瓷粉体造粒等手段，来达到更好的阻抗匹配效果，此外为了满足树脂基复合吸波涂层的优异的性能，加入到树脂基体中吸波剂粉体用量也往往比较多，复合涂层强度将随着吸波剂粉体填充量的增加而降低，包覆改性能使吸波剂粉体与树脂基体间具有强的附着力，有利于获得较高强度的复合吸波涂层。

3、对于多功能耐高温复合涂层制备而言，根据喷涂施工温度不同，主要分为热喷涂和低温冷喷涂。以等离子弧、电弧、燃烧火焰为热源的热喷涂技术，粉末被加热到熔融状态，然后高速冲击并沉积在基体上面，在这个过程中不可避免的发生相变、化学反应等现象，并且片状形貌也是经热喷涂后涂层中磁性合金的主要形貌，一方面片状磁性合金由于克服snock极限导致高频磁导率更好，但对应的介电常数也明显升高，导致阻抗匹配特性差，高的介电常数，使其涂层组织结构中极易形成导电网络，影响涂层吸波性能，另一方面片状化带来的塑性变形会影响磁性合金的形貌和结构。低温冷喷涂虽然不加热到熔融态，但其高速冲击带来的塑性变形也使磁性合金在涂层结构中以片状形貌为主，会破坏改性磁性合金的形貌和结构。而树脂基复合材料涂层能通过刷涂、喷涂、压延等制备工艺，在固化剂的作用下实现常温或低温固化反应成膜，能够在保持磁性合金形貌和结构完整的同时避免高温氧化。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种低温固化高温使用的多功能磁性树脂基复合吸波涂层，制备工艺简单，具有气孔率低、表面平整光滑、高温下吸波性能以及电磁性能优异的特点、且其在高温下力学性能和与基体结合力得到明显改善，耐热性好，易于工业化生产。

2、具体采用的技术方案如下：

3、一种多功能磁性树脂基复合吸波涂层，由以下质量百分数的原料制备得到：

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5、

6、本发明通过磁性合金粉末的加入量的调整来调控产品复合吸波涂层的高温吸波性能，低熔点玻璃粉和有机硅树脂的协同作用能够延长涂层在高温下的使用时间，玻璃纤维的加入能够增强涂层的力学性能，对硅树脂固化剂的加入量的调整能够调控硅树脂的固化时间，流平剂的加入能够降低涂层的气孔率，使涂层表面平整光滑；另外，本发明引入固化剂对有机硅树脂进行改性，经固化后，硅树脂的高温热稳定性明显提升，不同温度下的质量保留率明显提高，这为制备耐高温吸波涂层打下了基础。在此基础上，通过组分设计，制备了可低温固化的多功能磁性树脂基复合吸波涂层。

7、更进一步地，当涂层原料成分为：磁性合金粉末为68.32wt％；低熔点玻璃粉为8.54wt％；玻璃纤维为4.27wt％；有机硅树脂为17.08wt％；硅树脂固化剂为1.71wt％；流平剂为0.08wt％时，产品多功能磁性树脂基复合吸波涂层具有较好的吸波性能和力学性能，工艺成型性较好。当磁性合金粉末占比>68.32wt％时，由于介电常数过高会导致阻抗匹配较差，反而使涂层吸波性能下降，同时伴随着磁性合金粉末占比的增加，硅树脂对基体的附着力也会逐渐下降。流平剂能够降低硅树脂的表面能，从而降低涂层的孔隙率，使涂层表面平整光滑；硅树脂固化剂能够与有机硅树脂的有机基团产生交联反应，一方面可以减少固化时间提高效率，另一方面交联反应能够使有机硅树脂的耐热性得到提升。

8、所述磁性合金粉末为居里温度>550℃的磁性合金，其粒径≤5μm，进一步优选的，磁性合金粉末为铁硅铬(fsc)，元素成分与410不锈钢相近，能够满足上述居里温度要求，且与其他原料联用制成涂层后对基体的附着力好。

9、所述低熔点玻璃粉的熔程小于550℃；在高温条件下有机硅树脂无机化粘结力下降，需要玻璃粉在高温下熔融，替代一部分硅树脂在高温条件下起到粘结剂的作用，延长涂层在高温下的使用时间。

10、所述玻璃纤维的直径为10～15μm，长度为0.8～3mm。玻璃纤维的直径过粗会影响到有机硅树脂对基体的附着力，另一方面玻璃纤维的长度对涂层的力学性能影响也较大，当增强相玻璃纤维的长度过短时，涂层力学性能提高较少，当增强相玻璃纤维长度过长时则其自身会发生团聚，失去其作为增强相的作用，进而导致涂层力学性能较差。

11、本发明还提供了所述多功能磁性树脂基复合吸波涂层的制备方法，包括以下步骤：

12、s1将磁性合金粉末、低熔点玻璃粉、玻璃纤维混合均匀，球磨后再加入有机硅树脂、硅树脂固化剂、流平剂，滚动搅拌得到浆料；

13、s2对基体表面进行预处理，将预处理后的基体涂覆一层步骤s1中的浆料后，再放入对应的模具中，注入浆料并震实，去除多余浆料后，低温固化后得到所述多功能磁性树脂基复合吸波涂层。

14、优选的，球磨过程中使用氧化锆球，球料比为1:1～5；滚动搅拌的转速为80～90r/min，搅拌时间为1～2h。控制较低的球料比和转速主要目的在于使浆料满足均匀混合的同时，避免磁性粉末填料的扁平化。

15、优选的，所述基体为410不锈钢，预处理步骤包括超声清洗和喷砂处理，优选的，预处理的步骤为先后用无水乙醇和丙酮超声清洗去除基体表面油污，再通过喷砂处理进一步去除表面氧化层、增加涂层附着力。

16、由于硅树脂对基体的接触角较大，所以本发明采用预先涂覆一层均匀的浆料，再进行注浆的工艺，避免了直接注入浆料导致的浆料与基体结合较差的问题，且利用挤压力去除多余浆料，能够增强涂层和基体之间的结合强度。

17、优选的，注入浆料后，基体上浆料厚度在1～1.5mm。若浆料厚度较厚时，则由于界面和内部与空气接触方式不同，在烘干室时干燥速率不同，其产生的内应力过大会致使涂层表面和内部产生微裂纹。

18、优选的，在震实台上震实，震实台功率为70～85％，震实时间为5～10min。震实过程使浆料能够更加均匀地分散，且排出注入浆料时混入的空气，且震实功率和处理时间不应过长，否则会导致磁性合金粉末填料的微量沉积，形成梯度效应。

19、低温固化的温度不超过200℃。

20、优选的，低温固化的参数为：80～100℃保温0.2～5h后，200℃保温0.5～2h。80～100℃能够在保证有机硅树脂溶剂蒸发的同时，避免涂层因干燥速率不同产生的内应力致使涂层表面和内部产生微裂纹；200℃可以在促进硅树脂固化的同时避免严重失重现象。上述温度和保温时间可根据涂层厚度进一步调整。

21、本发明还提供了所述多功能磁性树脂基复合吸波涂层在耐高温吸波涂层领域中的应用，具体的，所述多功能磁性树脂基复合吸波涂层在超过500℃的高温下应用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、(1)本发明通过磁性合金粉末的加入量的调整来调控产品复合吸波涂层的高温吸波性能，低熔点玻璃粉和有机硅树脂的协同作用能够延长涂层在高温下的使用时间，增强相玻璃纤维的加入能够增强涂层的力学性能，流平剂能够降低硅树脂的表面能，从而降低涂层的孔隙率，使涂层表面平整光滑；硅树脂固化剂能够与有机硅树脂的有机基团产生交联反应，一方面可以减少固化时间提高效率，另一方面交联反应能够使有机硅树脂的耐热性得到提升。

24、(2)本发明通过对浆料组分的改进了高温下多功能磁性树脂基吸波材料结构破坏导致的结合强度降低的问题，提高了可靠性，对高温多功能磁性树脂基复合吸波涂层的制备和使用具有十分重要的意义。

25、(3)本发明方法能够解决热喷涂方法制备耐高温吸波涂层时容易出现的磁性粉末由于熔融或冲击导致的粉末扁平化问题，有效避免了喷涂对磁性粉末结构的破坏。