CN103122209B

CN103122209B - 一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料

Info

Publication number: CN103122209B
Application number: CN201310046083.3A
Authority: CN
Inventors: 李一新; 陈雷; 江林峰
Original assignee: DABAN PAINT Co Ltd JIANGYIN
Current assignee: DABAN PAINT Co Ltd JIANGYIN
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: CN103122209A

Abstract

本发明公开了一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，涂料的组成组分包括杂化硅树脂、正硅酸乙酯、硼酸乙酯、金属氧化物及非金属氧化物填料、金属粉末、溶剂，其中金属粉末中含有铝粉。该火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料能够保护发射塔和导流槽金属结构不受高温燃气流的冲刷和高温腐蚀，有利于保持基体钢结构合理的强度，从而延长其使用年限；该火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料该涂料适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能强，符合火箭发射基地在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展趋势对保护发射装置基体涂料的要求；该涂料为常温自干型涂料，施工简单方便；该涂料对环境相对友好。

Description

一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料。

背景技术

随着航天、航空、兵器等工业的迅速发展，对特殊部件耐高温性能的要求越来越高。耐高温涂层材料以其大型施工工艺性能良好、不会大幅降低产品强度等优点，目前被广泛应用。火箭发射装置及导流槽的基体材料为金属或金属合金材料，其中少数导流槽采用耐火水泥材料。为保护这些材料免受高温燃气流的冲刷及高温氧化，应对各种恶劣的自然条件，现在的方法是在基体材料表面涂敷一层或多层防护涂料，其优势在于：第一、可以保护发射塔和导流槽在自各种自然环境下不受到各种腐蚀介质的腐蚀，保证了金属结构的使用年限；第二、可以保护发射塔和导流槽在火箭发射过程中不受到高温燃气流冲刷和高温腐蚀，保证了金属结构的强度和使用年限；第三，施工方便并提供很好的装饰效果，经济性好。

目前使用的耐高温重防腐涂料多采用有机无机复合体系，其组成多为树脂、耐高温填料、溶剂及助剂等，但各组分间的协同作用不够理想，发射火箭一次之后易出现表面涂层被高温碳化，或者被高温燃气流所冲刷掉或烧坏的现象，从而不能很好的保护发射装置的基体，使基体钢结构受到腐蚀导致了强度及使用年限的降低，因此产生的二次涂装任务也造成了多种成本的浪费。同时，我国的火箭发射基地在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展，沿海区域高湿、高盐雾、高紫外线照射的恶劣自然环境对发射塔及导流槽的防腐蚀也提出了更高的要求。此外，随着涂料行业的不断发展，对涂料的施工难易及是否环境友好也提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，在氢氧火箭发动机高温、大推力长时间持续冲刷条件下，该涂料耐高温性能良好，附着力强，对基体钢结构的表面起到了很好的保护作用，有利于保持基体钢结构合理的强度，从而延长其使用年限；此外，该涂料适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能强。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述涂料的组成为：

杂化硅树脂 30～50份

正硅酸乙酯 15～20份

硼酸乙酯 5～10份

金属氧化物及非金属氧化物填料 15～25份

金属粉末 25～50份

溶剂 1～5份

所述金属粉末中含有10～15份的铝粉。

其中，所述杂化硅树脂为有机硅树脂与硅溶胶的接枝物。

其中，所述金属粉末的组分还包括锌粉和/或镍粉。

优选的技术方案为，所述金属粉末中锌粉和镍粉的重量之比为1：（0.2～1）。

其中，所述正硅酸乙酯为二氧化硅质量分数为32%或40%的正硅酸乙酯。

其中，所述涂料中还包括分散剂和/或防沉剂。

优选的技术方案为，所述涂料中分散剂和防沉剂的添加重量之和不大于所述涂料总重量的8%。

优选的技术方案为，所述防沉剂为气相二氧化硅。

其中，所述金属氧化物及非金属氧化物填料中各组分的质量百分比为：

SiO₂ 30～50%

TiO₂ 30～50%

B₂O₃ 5～15%

CaO 5～15%

ZnO 5～10%

Na₂O 1～8%

以上各组份之和为100%。

其中，所述溶剂为醇类有机溶剂。

本发明的优点和有益效果在于：

该火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料能够保护发射塔和导流槽金属结构不受高温燃气流的冲刷和高温腐蚀，有利于保持基体钢结构合理的强度，从而延长其使用年限；

该火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料该涂料适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能强，符合火箭发射基地在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展趋势对保护发射装置基体涂料的要求；

该涂料为常温自干型涂料，施工简单方便；

该涂料采用醇类有机溶剂，对环境相对友好。

该涂料的保护机理是：

1、涂料初期干燥通过正硅酸乙酯在空气中水解生成硅酸与硅醇，硅醇与涂料中醇类有机溶剂一起挥发至空气中，硅酸与基材金属和涂料中金属锌发生化反应生成金属的硅酸锌铁络合物，涂料干燥快并具备阴极保护功能，所以干燥后的涂层具有优异的防腐蚀性能。高温后形成的无机涂层具有优异的户外稳定性，可以抵挡紫外线及酸、碱、盐及其多腐蚀介质的侵蚀。

2、在涂层多次受热过程中，涂料中的杂化硅树脂在450℃左右时，形成致密牢固的硅酸盐陶瓷状物，隔绝了高温气流和钢铁表面接触而起到了保护作用。

3、涂料中的铝粉在反复高温下被氧化成一层致密且十分难熔的氧化铝层（熔点约2050℃），在这个氧化还原反应过程中，由于金属铝与钢铁表面附近的氧气大量反应，造成靠近涂层的活性气体稀薄，而不能和钢铁表面起作用，起到了很好的保护作用。

4、涂料中的镍粉和铝粉在反复高温下形成部分铝化镍金属间化合物，降低了涂层在高温下的脆性，保证了涂层的耐高温性能和使用寿命。

5、硼酸乙酯在600℃左右形成熔融的氧化硼膜，900℃以上溶解钢铁表面的氧化膜，形成致密的保护层。

6、本发明涂料通过漆膜在常温下形成无机涂层，保证了涂层初期的抗冲刷机械强度和防腐蚀作用，同时在反复高温条件下由有机型到无机型的转变从而实现对基体的高温保护。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

实施例1火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂30Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛4.5Kg，三氧化二硼0.9Kg，氧化钙1.5Kg，氧化锌0.6Kg，氧化钠1.5 Kg，硼酸乙酯10Kg，铝粉10Kg，锌粉10Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅3.5Kg，乙醇5Kg，二氧化硅质量分数为32%的正硅酸乙酯17Kg，分散剂1.5 Kg。

实施例2

实施例2火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂40Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛4.5Kg，三氧化二硼0.9Kg，氧化钙1.5Kg，氧化锌0.6Kg，氧化钠1.5 Kg，硼酸乙酯10Kg，铝粉10Kg，锌粉10Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅3.5Kg，乙醇5Kg，二氧化硅质量分数为32的正硅酸乙酯17Kg，分散剂1.5 Kg。

实施例3

实施例3火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂50Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛4.5Kg，三氧化二硼0.9Kg，氧化钙1.5Kg，氧化锌0.6Kg，氧化钠1.5 Kg，硼酸乙酯10Kg，铝粉10Kg，锌粉10Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅3.5Kg，乙醇5Kg，二氧化硅质量分数为32%的正硅酸乙酯17Kg，分散剂1.5 Kg。

实施例4

实施例4火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂30Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛6Kg，三氧化二硼3Kg，氧化钙3Kg，氧化锌1.6Kg，氧化钠0.4 Kg，硼酸乙酯5Kg，铝粉15Kg，锌粉15Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅5Kg，乙醇3Kg，二氧化硅质量分数为40%的正硅酸乙酯20Kg，分散剂2 Kg。

实施例5

实施例5火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂40Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛6Kg，三氧化二硼3Kg，氧化钙3Kg，氧化锌1.6Kg，氧化钠0.4 Kg，硼酸乙酯5Kg，铝粉15Kg，锌粉15Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅5Kg，乙醇3Kg，二氧化硅质量分数为40%的正硅酸乙酯20Kg，分散剂2 Kg。

实施例6

实施例6火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂50Kg，二氧化硅6Kg，二氧化钛6Kg，三氧化二硼3Kg，氧化钙3Kg，氧化锌1.6Kg，氧化钠0.4 Kg，硼酸乙酯5Kg，铝粉15Kg，锌粉15Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅5Kg，乙醇3Kg，二氧化硅质量分数为40%的正硅酸乙酯20Kg，分散剂2 Kg。

实施例7

实施例7火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂30Kg，二氧化硅7.5Kg，二氧化钛10Kg，三氧化二硼2.5Kg，氧化钙2.5Kg，氧化锌1.5Kg，氧化钠1Kg，硼酸乙酯7.5Kg，铝粉10Kg，锌粉20Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅4Kg，乙醇2Kg，二氧化硅质量分数为32%的正硅酸乙酯15Kg，分散剂4.5 Kg。

实施例8

实施例8火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂40Kg，二氧化硅7.5Kg，二氧化钛10Kg，三氧化二硼2.5Kg，氧化钙2.5Kg，氧化锌1.5Kg，氧化钠1Kg，硼酸乙酯7.5Kg，铝粉10Kg，锌粉20Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅4Kg，乙醇2Kg，二氧化硅质量分数为32%的正硅酸乙酯15Kg，分散剂4.5 Kg。

实施例9

实施例9火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料由以下原料搅拌混合组成：杂化硅树脂50Kg，二氧化硅7.5Kg，二氧化钛10Kg，三氧化二硼2.5Kg，氧化钙2.5Kg，氧化锌1.5Kg，氧化钠1Kg，硼酸乙酯7.5Kg，铝粉10Kg，锌粉20Kg，镍粉10Kg，气相二氧化硅4Kg，乙醇2Kg，二氧化硅质量分数为32%的正硅酸乙酯15Kg，分散剂4.5 Kg。

上述实施例中分散剂为涂料中常用的分散剂。

为了达到最优化的涂料性能体现，涂装施工前按以下三步骤对试样进行处理：

1、经喷射清理后的表面清洁度应达到Sa 2.5级（ISO 8501-1），对于不便于喷射清理或达不到要求的部位，可以采用动力工具处理达到St3级（ ISO 8501-1）；

2、按SSPC SP1标准要求，使用溶剂清洗去除喷涂表面的油/脂；

3、钢结构的焊缝应光滑、无焊渣、飞溅等，焊缝的咬边、气孔应补焊并打磨圆顺；锐边、锐角应倒边、倒角，钢结构表面缺陷应采用适当方式修复；并按ISO 8501-3标准要求进行检查和评估。

上述实施例涂料的耐高温燃气流冲刷对比试验已由中国运载火箭技术研究院北京航天试验技术研究所及总装备部工程设计研究总院于2008年5月完成，测试环境为该型号火箭发动机采用液氢／液氧推进剂，垂直冲刷，试验持续时间500秒。实验结果表明，本涂料涂层完好无损外，而目前常用耐高温涂料涂层都被冲蚀的一干二净。在氢氧火箭发动机高温、大推力、长时间持续冲刷条件下，涂料耐高温性能良好，附着力强，对金属表面起到了很好的保护作用。该涂料目前已经完成在西昌和九泉发射基地的测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述涂料的组成为：

杂化硅树脂 30～50份

正硅酸乙酯 15～20份

硼酸乙酯 5～10份

金属氧化物及非金属氧化物填料 15～25份

金属粉末 25～50份

溶剂 1～5份

所述金属粉末中含有10～15份的铝粉；所述杂化硅树脂为有机硅树脂与硅溶胶的接枝物；所述金属氧化物及非金属氧化物填料中各组分的质量百分比为：

SiO₂ 30～50%

TiO₂ 30～50%

B₂O₃ 5～15%

CaO 5～15%

ZnO 5～10%

Na₂O 1～8%

以上各组份之和为100%。

2.根据权利要求1所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述金属粉末的组分还包括锌粉和/或镍粉。

3.根据权利要求2所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述金属粉末中锌粉和镍粉的重量之比为1：（0.2～1）。

4.根据权利要求1所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述正硅酸乙酯为二氧化硅质量分数为32%或40%的正硅酸乙酯。

5.一种火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述涂料的组成为：

杂化硅树脂 30～50份

正硅酸乙酯 15～20份

硼酸乙酯 5～10份

金属氧化物及非金属氧化物填料 15～25份

金属粉末 25～50份

溶剂 1～5份

分散剂和/或防沉剂

所述金属粉末中含有10～15份的铝粉；所述金属氧化物及非金属氧化物填料中各组分的质量百分比为：

SiO₂ 30～50%

TiO₂ 30～50%

B₂O₃ 5～15%

CaO 5～15%

ZnO 5～10%

Na₂O 1～8%

以上各组份之和为100%。

6.根据权利要求5所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述涂料中分散剂和防沉剂的添加重量之和不大于所述涂料总重量的8%。

7.根据权利要求6所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述防沉剂为气相二氧化硅。

8.根据权利要求1所述的火箭发射塔及导流槽用抗高温燃气流涂料，其特征在于，所述溶剂为醇类有机溶剂。