CN101153123A - 飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层及其制备方法，飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层是以蒸馏水作为溶剂，以磷酸、磷酸盐、氧化硼等作为主要组分，搅拌均匀后形成涂层液。采用刷涂或喷涂的方法将涂层液均匀涂覆在炭刹车盘表面的待涂部位，再经高温固化处理，形成一层厚度约为50μm－300μm的涂层。采用本发明方法制备的涂层表面致密，未发现裂纹、孔洞等缺陷；涂层与炭/炭基体之间结合性能良好；具有优异的氧化防护性能，耐湿热、耐海水或盐雾的氧化防护特点，适用于飞机炭/炭刹车盘制造和修复中的防氧化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭/炭复合材料防氧化涂层及其制备方法，具体涉及一种飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层及其制备方法。
背景技术
炭/炭复合材料具有优异的高温力学性能，并且导热性好、热容量大、热膨胀系数小、密度低、质量轻、摩擦磨损性能好和使用寿命长等特点，广泛用于制造高能制动刹车装置。但炭/炭复合材料一般在450℃以上的空气中就开始显著氧化，而用于飞机制动的炭/炭复合材料刹车副正常刹车时，刹车副体容温度为450℃～750℃，大能量刹车时则为550℃～850℃，RTO刹车时可高达900℃～1600℃。炭/炭复合材料刹车副在这种反复热冲击条件下工作时，氧化可导致材质疏松、导热性降低、结构强度降低、摩擦磨损性能恶化、金属机械加固件和传动齿部松动，从而导致刹车失效甚至发生事故。
中国专利授权公开号CN1164689C和CN1186129C均公开了一种用于飞机炭刹车盘防氧化涂层及其制备方法，它们均采用预浸涂处理和涂料处理的复合涂层方法。虽然这两项专利申请均不同程度的提高了飞机炭刹车盘等C/C复合材料的防氧化能力以及抗湿能力，但其制备工艺比较复杂，在高温时的防氧化能力和抗湿能力还有待提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单，在高温时的防氧化能力良好，抗热冲击性能以及耐湿热、耐海水腐蚀性能良好的飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层，其特征在于其原材料由下列组分按重量百分比组成：
蒸馏水10％-50％ 磷酸15％-60％ 磷酸锰0-15％ 磷酸铝2％-20％磷酸锌1％-10％ 氧化硼1％-8％。
一种飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤；
(1)将各组分混合均匀，充分搅拌至各组分材料完全溶解，配制成涂层液，备用；
(2)将飞机炭刹车盘用酒精清洗干净，用刷涂或喷涂的方法，将涂层液涂覆在清洗干净的炭刹车盘表面的待涂部位；将涂覆有涂层的炭刹车盘在烘箱中烘干后再置于高温炉内，在真空状态下或预抽真空充惰性保护气体条件下对涂层进行固化处理；随高温炉自然冷却后出炉，即获得飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层。
上述步骤(2)中所述刷涂或喷涂涂层时，涂层厚度控制在50um-300um之间。
上述步骤(2)中所述的烘干温度控制在90℃-160℃。
上述步骤(2)中所述的固化处理温度为450℃-950℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明所需原材料价格低廉，实施工艺简单，工艺性好，工艺实施成本低。
(2)经过涂层处理的尺寸为10×10×10mm的飞机炭刹车盘试样，在700℃静态氧化30h，其失重率为1.76％；动态氧化30h，其失重率为2.17％。
(3)本发明的涂层与炭刹车盘等C/C复合材料之间具有良好的结合性能，经过涂层处理的尺寸为10×10×10mm的飞机炭刹车盘试样，在900℃、3min室温、2min30次和1100℃、3min室温、2min 10次连续热震后，涂层未脱落，涂层试样的氧化失重率为1.90％，氧化速率为1.03×10-6g·cm-2·s-1。
(4)经过涂层处理的飞机炭刹车盘地面惯性台试验结果表明，经过数十次的正常刹车后，涂层完好无损，炭刹车盘没有发生氧化现象。
(5)采用本发明的涂层，可与对氧化反应有催化性的钾或钠等碱金属反应生成稳定的不活泼的磷酸盐，达到抑制氧化的目的，提高飞机炭刹车盘等C/C复合材料在海水或盐雾污染状态下的高温防氧化能力。
(6)本发明的防氧化涂层工作温度为450℃～1100℃，在这一温度范围内，涂层具有良好的防氧化性能。
总之，本发明的涂层表面致密、未发现裂纹、孔洞等缺陷，涂层与C/C基材之间结合性能良好，而且在高温下涂层具有一定的自愈合能力，可以愈合涂层中的微裂纹。采用本发明处理过的飞机炭刹车盘等C/C复合材料具有优异的防氧化能力、抗热冲击性能、以及耐湿热、耐海水腐蚀的性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
将下列组分(重量百分比)蒸馏水40％、磷酸30％、磷酸锰8％、磷酸铝14％、磷酸锌5％和硼化物3％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于90℃烘干，然后置于高温炉中在真空状态下进行高温固化处理，固化温度500℃，随高温炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
实施例2
将下列组分(重量百分比)蒸馏水30％、磷酸40％、磷酸锰5％、磷酸铝10％、磷酸锌10％和硼化物5％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于120℃烘干，然后置于高温炉中在真空状态下进行高温固化处理，固化温度800℃，随炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
实施例3
将下列组分(重量百分比)蒸馏水35％、磷酸45％、磷酸锰5％、磷酸铝10％、磷酸锌3％和硼化物2％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于130℃烘干，然后置于高温炉中在预抽真空充惰性保护气体条件下进行高温固化处理，固化温度700℃，随炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
实施例4
将下列组分(重量百分比)蒸馏水50％、磷酸15％、磷酸锰15％、磷酸铝2％、磷酸锌10％和氧化硼8％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于150℃烘干，然后置于高温炉中在预抽真空充惰性保护气体条件下进行高温固化处理，固化温度850℃，随炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
实施例5
将下列组分(重量百分比)蒸馏水10％、磷酸60％、磷酸锰8％、磷酸铝20％、磷酸锌1％和氧化硼1％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于110℃烘干，然后置于高温炉中在预抽真空充惰性保护气体条件下进行高温固化处理，固化温度600℃，随炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
实施例6
将下列组分(重量百分比)蒸馏水40％、磷酸40％、磷酸铝10％、磷酸锌5％和氧化硼5％，混合搅拌均匀，在清洗干净的飞机炭刹车盘表面的待涂部位涂覆，再将其放入烘箱中于150℃烘干，然后置于高温炉中在预抽真空充惰性保护气体条件下进行高温固化处理，固化温度900℃，随炉自然冷却后出炉，即可获得性能优良的防氧化涂层。
Claims (5)
1.一种飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层，其特征在于其原材料由下列组分按重量百分比组成：
蒸馏水10％-50％磷酸15％-60％磷酸锰0-15％磷酸铝2％-20％
磷酸锌1％-10％氧化硼1％-8％。
2.制备如权利要求1所述的飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层的方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：
(1)将各组分混合均匀，充分搅拌至各组分材料完全溶解，配制成涂层液，备用；
(2)将飞机炭刹车盘用酒精清洗干净，用刷涂或喷涂的方法，将涂层液涂覆在清洗干净的炭刹车盘表面的待涂部位；将涂覆有涂层的炭刹车盘在烘箱中烘干后再置于高温炉内，在真空状态下或预抽真空充惰性保护气体条件下对涂层进行固化处理；随高温炉自然冷却后出炉，即获得飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层。
3.根据权利要求2所述的飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述刷涂或喷涂涂层时，涂层厚度控制在50um-300um之间。
4.根据权利要求2所述的飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的烘干温度控制在90℃-160℃。
5.根据权利要求2所述的飞机炭/炭刹车盘用防氧化涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的固化处理温度为450℃-950℃。
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