应用于钛合金表面的耐高温高红外发射率涂料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂料领域，具体涉及一种应用于钛合金表面的耐高温高红外发射率涂 料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，钛合金在现代工业的地位越来越重要，被广泛的应用于航空航 天技术、高新装备制造等多个行业。因此，对钛合金的性能要求也越来越高。钛合金具有很 多优异的特性，其突出性能包括高比强度、成形性好、抗腐蚀性优异等。尽管钛合金有着诸 多的优势，但钛合金本身的部分性能依然达不到高速发展的工业科技的要求。
[0003] 在高温下使用钛合金，氧化和氧脆会影响钛合金的热稳定性，因此钛合金最高使 用温度一般低于600°C。当工作温度超过600°C时，钛合金将在空气环境中发生很快的氧化 反应，使性能明显破坏。所以，使用涂料提高钛合金的高温抗氧化性能，通过高红外发射使 钛合金表面的热量通过辐射传热的方式及时发散，使其温度降低，具有很大的意义。
[0004] 目前，红外辐射涂料在红外涂层研究方面占有很大的比重，主要是用固相合成法， 先通过混料将一些具有高红外辐射特性的材料混在一起，然后通过烧结使材料混为一体， 再用刷涂的方法涂覆于基体表面。此外，钛合金表面红外辐射涂料还可以使用微弧氧化法 制备。但这些制备工艺都过于复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种应用于钛合金表面的耐高温高红外发射率涂料及制备 方法，该方法施工工艺简单，制备得到的耐高温高红外发射率涂料的耐高温和红外发射率 性能优异，将其涂覆于钛合金表面可解决钛合金表面耐高温性能差、半球红外发射率低的 缺陷。
[0006] 为实现上述目的，本发明的主要技术方案如下：
[0007] -种应用于钛合金表面的耐高温高红外发射率涂料，其各组分的重量百分数为： 烷氧基硅烷单体水解液 50~65%; 高发射率颜填料 12~17%;
[0008] 固化剂 硅烷偶联剂 4~8%; 溶剂 丨8~25%。
[0009] 进一步，所述烷氧基硅烷单体水解液的各组分的重量百分数为： 多官能度的烷氧基硅烷 55~70%; 水溶性硅溶胶 15:~30%;
[0010] 蒸馏水 5~12%; 乙酸 1~5%。
[0011] 所述多官能度的烷氧基硅烷为正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧 基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0012] 所述水溶性硅溶胶为碱性硅溶胶，粒径< 30nm。
[0013] 再，所述烷氧基硅烷单体水解液的制备过程为：在反应器中按照以上配比加入水 溶性硅溶胶、蒸馏水、乙酸，在室温下搅拌均匀；滴加多官能度的烷氧基硅烷，加热继续搅 拌，反应温度控制在60°C以下，0.5~2小时滴完，后继续搅拌0.5~2小时，降温到室温，得到 烷氧基硅烷单体水解液。
[0014] 又，所述高发射率颜填料为铬铁黑、氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铜、铜铬黑、二氧化锰、氧 化铟、云母粉、滑石粉中的至少一种。
[0015] 所述固化剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、N，N_二甲基苄胺中的至少一种。
[0016] 优选的，所述硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧 丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基甲 基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0017] 优选的，所述溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇 甲醚、二甲苯中的至少一种。
[0018] 本发明所述的应用于钛合金表面的耐高温高红外发射率涂料的制备方法，其包括 如下步骤:在容器中按上述配比加入高发射率颜填料、溶剂，采用分散研磨至细度<30μπι; 过滤后称重，按上述配比加入烷氧基硅烷单体水解液、硅烷偶联剂、固化剂，搅拌分散均匀， 得到所述高红外发射率高红外吸收率涂料。
[0019] 进一步，所述烷氧基硅烷单体水解液的各组分的重量百分数为： 多官能度的烷氧基硅烷 55~70%; 水溶性硅溶胶 15~30%;
[0020] 蒸馏水 5~12%; 乙酸 1~5%。
[0021] 所述多官能度的烷氧基硅烷为正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧 基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0022] 所述水溶性硅溶胶为碱性硅溶胶，粒径< 30nm。
[0023] 再，所述烷氧基硅烷单体水解液的制备过程为：在反应器中按照以上配比加入水 溶性硅溶胶、蒸馏水、乙酸，在室温下搅拌均匀；滴加多官能度的烷氧基硅烷，加热继续搅 拌，反应温度控制在60°C以下，0.5~2小时滴完，后继续搅拌0.5~2小时，降温到室温，得到 烷氧基硅烷单体水解液。
[0024] 又，所述高发射率颜填料为铬铁黑、氧化铟锡（ΙΤ0)、氧化铜、铜铬黑、二氧化锰、氧 化铟、云母粉、滑石粉中的至少一种。
[0025] 所述固化剂为四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、N，N_二甲基苄胺中的至少一种。 [0026]优选的，所述硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧 丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基甲 基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0027]优选的，所述溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇 甲醚、二甲苯中的至少一种。
[0028]本发明的关键点在于：
[0029] 本发明所述涂料的配方中烷氧基硅烷单体水解液、硅烷偶联剂提供涂料与钛合金 基材良好的附着力、耐高温、耐磨性等性能，并与高发射率颜填料有很好的相容性;高发射 率颜填料决定涂料的外观颜色和红外发射率，固化剂影响涂料施工后的涂层固化时间与状 态，溶剂影响涂料的固含量、粘度、施工工艺。
[0030] 本发明使用溶胶-凝胶法制备烷氧基硅烷单体水解液，制作工艺简洁，控制反应温 度、硅溶胶和蒸馏水的量在所述范围内，可以调节水解过程中的水解程度和最终涂层中的 Si02颗粒含量，从而使涂层的硬度和交联密度达到最佳;调节乙酸含量在1~5%范围内，可 以控制烷氧基硅烷单体水解液凝胶化时间，以增强储存稳定性。本发明所述碱性硅溶胶为 粒径小于30nm的二氧化硅颗粒在水中的分散液。
[0031] 按照本发明上述各组分配比制备的烷氧基硅烷单体水解液，通过控制反应温度、 反应时间，使得水解速率、胶粒尺寸、凝胶时间得以控制，使之最后涂覆施工后，在钛合金表 面能够形成一层致密均匀的涂层，该涂层能将基材与外界无缝隔绝，其所形成的Si0 2涂层 通过限制气相中的氧的扩散，从而降低氧化膜表面的可用氧，使氧无法通过固态扩散和沿 微孔、裂纹或物理断裂进行传输，抑制了钛合金在高温下表面氧化膜的生长，并且提供涂层 优秀的机械性能。
[0032]按照本发明上述各组分配比制成的涂料，12~17 %的高红外发射率颜填料能够在 最终形成的涂层中均匀的被包覆在Si02颗粒网状结构之间，由于烷氧基硅烷单体水解液无 色，对涂层外观无影响，使高红外发射率颜填料能最大限度的发挥作用。且高红外发射率颜 填料加入量在12~17%范围内，可以使所得涂层在不影响成膜性能和施工性能的前提下， 保证其在高温环境下不发生起皮，掉落等涂层的破坏。在固化过程中，含量为0.1~1%的固 化剂能够加速涂层的成膜速度，对涂层性能无负面影响。在本发明所述各组分配比下制成 的涂料，其施工工艺简洁容易，涂层固化工艺简洁，在满足耐热、储存、外观等性能要求的同 时，能有效的提高涂层的红外发射率。
[0033]本发明的有益效果：
[0034]本发明所述高红外发射率高红外吸收率涂料可直接喷涂于钛合金表面样件，施工 简便，所得涂层在700°C烘烤2500秒后无明显变色褪色，不开裂脱落，红外发射率达到0.8以 上，具有优异的耐高温和高红外发射率性能。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的内容并不限 于此。
[0036] 实施例1
[0037] 称取30g铬铁黑、5g二氧化锰、5g氧化铜、1.5g氧化铟锡、15g云母粉、15g滑石粉于 容器中，加入90g二甲苯，分散研磨至细度25μπι;过滤称重，得到A-1。<