CN109402582A - 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109402582A
CN109402582A CN201811266809.3A CN201811266809A CN109402582A CN 109402582 A CN109402582 A CN 109402582A CN 201811266809 A CN201811266809 A CN 201811266809A CN 109402582 A CN109402582 A CN 109402582A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ice
covering
composite coating
erosion resistance
proof composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811266809.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109402582B (zh
Inventor
王冉
邱维维
张昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Institute of Auotomation for Machinery Industry Co Ltd
Original Assignee
Beijing Research Institute of Auotomation for Machinery Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Auotomation for Machinery Industry Co Ltd filed Critical Beijing Research Institute of Auotomation for Machinery Industry Co Ltd
Priority to CN201811266809.3A priority Critical patent/CN109402582B/zh
Publication of CN109402582A publication Critical patent/CN109402582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109402582B publication Critical patent/CN109402582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

本发明公开一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用，耐冲蚀防覆冰复合涂层包括：金属膜层，位于基材表面；金属氮化物膜层，位于所述金属膜层之上；硅氧玻璃膜层，位于所述金属氮化物膜层之上；以及疏水层，位于所述金属氮化物膜层之上。本发明复合涂层具有优良的耐冲蚀性能，在冲击和磨损环境下工作寿命长，同时具备突出的疏水性能，在低温工作环境下可达到明显的防覆冰效果。

Description

一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及采用物理气相沉积法进行表面改性的领域，特别是在金属基材表面制备耐冲蚀防覆冰复合涂层的方法、所得到的复合涂层、复合涂层的应用。
背景技术
当飞机以小于某一临界马赫的亚音速在结冰气象条件下飞行时，某些部件的迎风表面会因大气中的水滴撞击、积聚而结冰。例如飞机风速管可以实时监测飞机的多项飞行数据，但是飞行器在高空中面临十分复杂的工作环境，很多飞行事故都是由于在低温环境下结冰导致风速管失灵，无法准确判断飞行参数，给国家和人民带来巨大的经济损失和安全威胁。近年来，防覆冰领域成为热门的前沿研究领域。目前防覆冰的研究热点在于材料表面的防覆冰性能研究，疏水材料是一种具有自清洁效果的材料，表面具有较大接触角和较小的滚动角，水滴难以停留在疏水表面。采用疏水涂层的风速管可以有效防覆冰，使水滴易于脱落，减小风速管表面结冰速度和结冰量，延长风速管的使用寿命。但是，飞机在高速飞行的过程中，受到频繁强烈的冲击，会严重影响风速管表面膜层的质量，从而影响膜层的寿命。
CN107061193A公开了一种多层结构复合的防冰除冰系统及其组装方法，由双稳态复合材料层及通过耐热胶贴覆于双稳态复合材料层上、下表面的防水层和电热合金层构成；双稳态复合结构层由至少一层环氧树脂层和铺设在环氧树脂层内部的碳纤维构成，防水层包括金属基底和超疏水结构层。该发明通过将防水层、双稳态复合材料层和电热合金层结合成一个整体，从而形成一个多层结构复合功能的、高效的防冰除冰系统，具有防水、防覆冰特性，在通电后可产生电热并发生形变，起到快速除冰、排水的效果，并在短时间内可有效预防二次覆冰的发生，可根据不同应用领域而做出相应调整，如飞机螺旋桨、风力发电机和汽车部件等。该复合结构通过耐热胶贴进行结合，虽然可在一定程度上起到防覆冰效果，但是耐侵蚀性有待提高。
CN105032731A公开了一种超疏水涂层与加热涂层复合的节能防除冰涂层制备方法，其是在超疏水涂层基础上增加了新型的加热涂层，将超疏水涂层防冰技术和热防冰技术结合，其中超疏水涂层是将商用气相二氧化硅用氟硅烷改性，再与树脂按适当比例混合，同时加入导热颗粒。其制备方法为在基材上喷涂隔热涂层，在隔热涂层上喷涂具有导热性能的防水保护涂层，然后再喷涂疏水涂料。同样，该发明虽然可以起到加热和疏水除冰的作用，但是其各层间的结合强度有待提高，在飞行器高速飞行频繁强烈的冲击下，涂层寿命受到很大的威胁。
因此，需要开发一种耐冲蚀且防覆冰效果较好的用于飞行器零部件的复合膜层，以提高飞行器零部件工作过程中的可靠性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术中涂层防覆冰效果差以及抗冲蚀性能差的缺陷。
为了达到上述目的，本发明提供了一种耐冲蚀防覆冰复合涂层，该复合涂层包括：
金属膜层，位于基材表面；
金属氮化物膜层，位于所述金属膜层之上；
硅氧玻璃膜层，具有多孔结构，位于所述金属氮化物膜层之上；以及
疏水层，位于所述硅氧玻璃膜层之上。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其中，所述金属膜层优选为Cr或Ti金属膜层，所述金属氮化物膜层优选为Cr或Ti金属氮化物膜层。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其中，所述硅氧玻璃膜层为微纳米级具有多孔结构的硅氧玻璃膜层，所述硅氧玻璃膜层的材质优选自氧化硅、氧化钠和氧化硼中的一种或几种。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其中，以所述硅氧玻璃膜层的总质量为基准，所述硅氧玻璃膜层的材质优选为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其中，所述疏水层优选为含氟聚合物类、有机硅类、氟硅聚合物类和高级脂肪酸类有机涂层中的一种或几种。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其中，所述金属膜层的厚度优选为100～500nm，所述金属氮化物膜层的厚度优选为500～1000nm，所述硅氧玻璃膜层的厚度优选为2000～6000nm，所述疏水层的厚度优选为1000～2000nm。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1，采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积金属膜层；
S2，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下，在金属膜层上沉积金属氮化物膜层；
S3，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层上沉积硅氧玻璃膜层；以及
S4，对硅氧玻璃膜层进行修饰，得到疏水层。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中优选的是，S3中还包括对硅氧玻璃膜层热处理以进行调幅分解的步骤，以及对条幅分解后的玻璃膜层进行酸洗刻蚀的步骤。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S1中所述金属膜层优选为Cr或Ti金属膜层，S2中所述金属氮化物膜层优选为Cr或Ti金属氮化物膜层。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S1中采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件优选为：阴极弧流控制在70～90A，沉积负偏压控制在100～800V，占空比维持为70～90％，沉积时间为0.5～1小时。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S2中采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件优选为：氮气流量控制为50～70sccm，真空室的真空度维持在1.3×10-2～1.6×10-2Pa，沉积负偏压控制在100～300V，占空比维持为70～90％，沉积时间为1～2小时。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S3中采用真空射频磁控溅射技术进行溅射的工艺条件优选为：采用的硼硅酸盐玻璃靶材成分为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼，射频电源的功率为300～350W，沉积时间为100～600min。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，所述热处理以进行调幅分解的工艺条件优选为：热处理温度550～700℃，热处理时间为1～24h，升温速度为3～5℃/min；所述酸洗刻蚀为将条幅分解后的基材放入浓度为0.1～2wt％的氢氟酸溶液中，加热至60～90℃，超声处理10～30min。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S4中对硅氧玻璃膜层进行修饰的方法优选为：将沉积了硅氧玻璃膜层的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层；所述硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
本发明所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其中，S4中对硅氧玻璃膜层进行修饰的方法优选为：将对硅氧玻璃膜层进行酸洗刻蚀后的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层；所述硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
为了达到上述目的，本发明尚提供了一种飞机部件，该飞机部件上涂有上述的耐冲蚀防覆冰复合涂层。
本发明的有益效果：
本发明采用磁过滤阴极真空弧放电技术、真空射频磁控溅射技术和玻璃分相刻蚀技术制备的复合涂层可在提高金属材料表面疏水性能的同时提高材料耐冲蚀性能，在高速和低温环境下使用寿命长，具有经济价值和安全价值。
附图说明
图1为本发明复合涂层的示意图。
图2为本发明一实施例的复合涂层的制备方法。
图3为本发明另一实施例的复合涂层的制备方法。
图4为本发明复合涂层用于飞机部件上的示意图。
其中，附图标记：
10 复合涂层
100 基材
100a 飞机部件
110 金属膜层
120 金属氮化物膜层
130 硅氧玻璃膜层
140 疏水层
S1-S4 步骤
S1＇-S4＇ 步骤
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
本发明提供了一种耐冲蚀防覆冰复合涂层10，如图1所示，该复合涂层10包括：
金属膜层110，位于基材100表面；
金属氮化物膜层120，位于金属膜层110之上；
硅氧玻璃膜层130，具有多孔结构，位于金属氮化物膜层120之上；以及
疏水层140，位于硅氧玻璃膜层之上。
本发明的基材100一般为金属基材。
其中，金属膜层110可以为Cr或Ti金属膜层，金属氮化物膜层120可以为Cr或Ti金属氮化物膜层，如CrN或TiN膜层。在本发明一实施方式中，金属膜层110为Cr金属膜层，金属氮化物膜层120为CrN膜层；在本发明另一实施方式中，金属膜层110为Ti金属膜层，金属氮化物膜层120为TiN膜层。金属膜层110的厚度可以为100～500nm，金属氮化物膜层120的厚度可以为500～1000nm。
其中，硅氧玻璃膜层130为具有多孔结构的硅氧玻璃膜层，多孔结构的设置可以使得硅氧玻璃膜层130表面形成粗糙结构，进而提高本发明复合涂层的疏水效果和抗冲蚀性能。硅氧玻璃膜层130的材质选自氧化硅、氧化钠和氧化硼中的一种或几种，优选的是，硅氧玻璃膜层130是以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射得到的，硼硅酸盐玻璃靶材成分为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼。硅氧玻璃膜层130的厚度为2000～6000nm。
其中，疏水层140为有机疏水层，可以为含氟聚合物类、有机硅类、氟硅聚合物类和高级脂肪酸类有机涂层中的一种或几种；较佳的是，采用有机硅氧烷类偶联剂对基材上硅氧玻璃膜层进行包覆形成疏水层140。疏水层的厚度为1000～2000nm。
本发明还提供了上述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，如图2所示，该制备方法包括如下步骤：
S1，采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积金属膜层110；
S2，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下，在金属膜层上沉积金属氮化物膜层120；
S3，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层上沉积硅氧玻璃膜层130；以及
S4，对硅氧玻璃膜层130进行修饰，得到疏水层140。
其中，S1中，采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积金属膜层110，金属膜层110为Cr或Ti金属膜层，采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件为：阴极弧流控制在70～90A，沉积负偏压控制在100～800V，占空比维持为70～90％，沉积时间为0.5～1小时。
其中，S2中，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下，在金属膜层110上沉积金属氮化物膜层120；金属氮化物膜层120为Cr或Ti金属氮化物膜层，优选为S2中金属氮化物膜层120中金属与S1中金属膜层110中的金属相同。即金属氮化物膜层120为Cr金属氮化物膜层，金属膜层110为Cr金属膜层；或者金属氮化物膜层120为Ti金属氮化物膜层，金属膜层110为Ti金属膜层。采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件为：氮气流量控制为50～70sccm，真空室的真空度维持在1.3×10-2～1.6×10-2Pa，沉积负偏压控制在100～300V，占空比维持为70～90％，沉积时间为1～2小时。
其中，S3中，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层120上沉积硅氧玻璃膜层130。采用真空射频磁控溅射技术进行溅射的工艺条件为：采用的硼硅酸盐玻璃靶材成分为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼，射频电源的功率为300～350W，沉积时间为100～600min。
其中，S4中，对硅氧玻璃膜层130进行修饰，得到疏水层140。对硅氧玻璃膜层130进行修饰的方法为：将沉积有硅氧玻璃膜层130的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层140；硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
作为优选的技术方案，上述耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1＇，采用磁过滤阴极真空弧源在基材100表面沉积金属膜层110；
S2＇，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下，在金属膜层110上沉积金属氮化物膜层120；
S3＇，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层120上沉积硅氧玻璃膜层130；对硅氧玻璃膜层130热处理以进行调幅分解，以及对条幅分解后的玻璃膜层进行酸洗刻蚀；以及
S4＇，对硅氧玻璃膜层130进行修饰，得到疏水层140。
其中，步骤S1＇和S2＇与步骤S1和S2相同，在此不再赘述。
其中，S3＇中，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层120上沉积硅氧玻璃膜层130。采用真空射频磁控溅射技术进行溅射的工艺条件为：采用的硼硅酸盐玻璃靶材成分为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼，射频电源的功率为300～350W，沉积时间为100～600min。
然后，热处理得到分相的硅氧玻璃膜层，再酸洗刻蚀得到硅氧多孔玻璃膜层。热处理以进行调幅分解的工艺条件为：热处理温度550～700℃，热处理时间为1～24h，升温速度为3～5℃/min；酸洗刻蚀为将条幅分解后的基材放入浓度为0.1～2wt％的氢氟酸溶液中，加热至60～90℃，超声处理10～30min。本发明对加热方式不作特殊限定，可以为水浴加热等等。本发明通过调幅分解和酸洗刻蚀可以在硅氧玻璃膜层130表面构筑粗糙结构，在包覆低表面能材料后，其疏水性能和抗侵蚀性能优于未调幅分解前的光滑结构。
其中，S4＇中，对硅氧玻璃膜层130进行修饰，得到疏水层140。对硅氧玻璃膜层130进行修饰的方法为：将对硅氧玻璃膜层进行酸洗刻蚀后的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层；硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
上述的耐冲蚀防覆冰复合涂层10可以用于飞机部件100a上，以起到防覆冰作用，如图4所示。飞机部件100a例如可以为机翼和水平尾翼、垂直尾翼前缘、发动机进气道唇口、进气部件(导向叶片、支撑等)、螺旋桨桨叶、整流帽罩、风挡、舱盖等，也可以为空速管、攻角、温度传感器等。
下面通过具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
实施例1
S1步骤，首先是采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积Cr膜层。阴极弧流控制在85A；沉积负偏压控制在300V，占空比维持为75％，沉积时间为1小时；
S2步骤，沉积Cr膜层之后，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下于Cr膜层上沉积CrN膜层。具体为，氮气流量控制为60sccm，真空室的真空度维持在1.3×10-2Pa，沉积负偏压控制在150V，占空比维持为70％，沉积时间为2小时；
S3步骤，沉积CrN膜层之后，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，于CrN膜层上沉积硅氧玻璃膜层。具体为，真空磁控溅射工艺中采用的玻璃靶材主要成分为68％的氧化硅、7％的氧化钠和25％的氧化硼，射频电源的功率为300W，沉积时间为300min；
沉积玻璃膜层之后，对工件进行热处理。具体为，热处理温度700℃，热处理时间为1h，升温速度为5℃/min；
热处理之后，对工件进行酸洗刻蚀。具体为，将工件放入氢氟酸溶液中，然后放置于水浴中超声处理。氢氟酸溶液的浓度为0.1wt％，酸洗条件为60℃水浴，超声时间为10min；
S4步骤，酸洗刻蚀之后，对工件进行低表面能修饰的步骤。具体为，将工件放入硅烷偶联剂中浸泡1h，然后加热到100℃后保持15min。硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷溶液。
实施例2
S1步骤，首先是采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积Ti膜层。阴极弧流控制在70A；沉积负偏压控制在700V，占空比维持为90％，沉积时间为0.6小时；
S2步骤，沉积Ti膜层之后，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下于Ti膜层上沉积TiN膜层。具体为，氮气流量控制为50sccm，真空室的真空度维持在1.6×10-2Pa，沉积负偏压控制在300V，占空比维持为90％，沉积时间为1小时；
S3步骤，沉积CrN膜层之后，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，于CrN膜层上沉积硅氧玻璃膜层。具体为，真空磁控溅射工艺中采用的玻璃靶材主要成分为75％的氧化硅、10％的氧化钠和15％的氧化硼，射频电源的功率为340W，沉积时间为600min；
沉积玻璃膜层之后，对工件进行热处理。具体为，热处理温度600℃，热处理时间为7h，升温速度为4℃/min；
热处理之后，对工件进行酸洗刻蚀的步骤。具体为，将工件放入氢氟酸溶液中，然后放置于水浴中超声处理。氢氟酸溶液的浓度为1wt％，酸洗条件为80℃水浴，超声时间为30min；
S4步骤，酸洗刻蚀之后，对工件进行低表面能修饰的步骤。具体为，将工件放入硅烷偶联剂中浸泡2h，然后加热到120℃后保持30min。硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷溶液。
本发明制备的涂层经过实验测试可得性能如下：
疏水性能：工件在沉积本发明涂层前后，静态接触角从50°提高到140°，涂层表现出优秀的疏水性能。
耐冲蚀性能：同等冲蚀条件下，改性后工件的抗冲蚀性能提高2倍以上。
本发明采用磁过滤阴极真空弧放电技术和真空射频磁控溅射技术于工件表面沉积金属及陶瓷复合膜层，采用玻璃调幅分解刻蚀方法得到微纳米级硅氧复合多孔玻璃膜层结构，所制备的涂层膜层结合力高，具有优良的耐冲蚀性能，在冲击和磨损环境下工作寿命长，同时具备突出的疏水性能，在低温工作环境下可达到明显的防覆冰效果。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，该复合涂层包括：
金属膜层，位于基材表面；
金属氮化物膜层，位于所述金属膜层之上；
硅氧玻璃膜层，具有多孔结构，位于所述金属氮化物膜层之上；以及
疏水层，位于所述硅氧玻璃膜层之上。
2.根据权利要求1所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，所述金属膜层为Cr或Ti金属膜层，所述金属氮化物膜层为Cr或Ti金属氮化物膜层。
3.根据权利要求1所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，所述硅氧玻璃膜层材质选自氧化硅、氧化钠和氧化硼中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，以所述硅氧玻璃膜层的总质量为基准，所述硅氧玻璃膜层的材质为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼。
5.根据权利要求1所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，所述疏水层为含氟聚合物类、有机硅类、氟硅聚合物类和高级脂肪酸类有机涂层中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层，其特征在于，所述金属膜层的厚度为100～500nm，所述金属氮化物膜层的厚度为500～1000nm，所述硅氧玻璃膜层的厚度为2000～6000nm，所述疏水层的厚度为1000～2000nm。
7.一种耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1，采用磁过滤阴极真空弧源在基材表面沉积金属膜层；
S2，采用磁过滤阴极真空弧源在通入氮气的条件下，在金属膜层上沉积金属氮化物膜层；
S3，采用真空射频磁控溅射技术，以硼硅酸盐玻璃为靶材进行溅射，在金属氮化物膜层上沉积硅氧玻璃膜层；以及
S4，对硅氧玻璃膜层进行修饰，得到疏水层。
8.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S3中还包括对硅氧玻璃膜层热处理以进行调幅分解的步骤，以及对条幅分解后的玻璃膜层进行酸洗刻蚀的步骤。
9.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S1中所述金属膜层为Cr或Ti金属膜层，S2中所述金属氮化物膜层为Cr或Ti金属氮化物膜层。
10.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S1中采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件为：阴极弧流控制在70～90A，沉积负偏压控制在100～800V，占空比维持为70～90％，沉积时间为0.5～1小时。
11.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S2中采用磁过滤阴极真空弧源沉积的工艺条件为：氮气流量控制为50～70sccm，真空室的真空度维持在1.3×10-2～1.6×10-2Pa，沉积负偏压控制在100～300V，占空比维持为70～90％，沉积时间为1～2小时。
12.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S3中采用真空射频磁控溅射技术进行溅射的工艺条件为：采用的硼硅酸盐玻璃靶材成分为62wt％～75wt％的氧化硅、7wt％～12wt％的氧化钠和13wt％～31wt％的氧化硼，射频电源的功率为300～350W，沉积时间为100～600min。
13.根据权利要求7所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S4中对硅氧玻璃膜层进行修饰的方法为：将沉积了硅氧玻璃膜层的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层；所述硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
14.根据权利要求8所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，S4中对硅氧玻璃膜层进行修饰的方法为：将对硅氧玻璃膜层进行酸洗刻蚀后的基材浸泡于硅烷偶联剂的溶液中0.5～2h，然后在80～120℃加热10～30min，得到疏水层；所述硅烷偶联剂为有机硅氧烷类偶联剂。
15.根据权利要求8所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述热处理以进行调幅分解的工艺条件为：热处理温度550～700℃，热处理时间为1～24h，升温速度为3～5℃/min；所述酸洗刻蚀为将条幅分解后的基材放入浓度为0.1～2wt％的氢氟酸溶液中，加热至60～90℃，超声处理10～30min。
16.一种飞机部件，其特征在于，该飞机部件上涂有权利要求1-6任一项所述的耐冲蚀防覆冰复合涂层。
CN201811266809.3A 2018-10-29 2018-10-29 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用 Active CN109402582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811266809.3A CN109402582B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811266809.3A CN109402582B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109402582A true CN109402582A (zh) 2019-03-01
CN109402582B CN109402582B (zh) 2020-09-15

Family

ID=65470401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811266809.3A Active CN109402582B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109402582B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880714A (zh) * 2019-12-12 2020-03-13 重庆大学 利用沉积放电主动防御输电线路冰灾的方法
CN113774326A (zh) * 2021-08-26 2021-12-10 浙江交工新材料有限公司 一种金属波纹管表面处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104818453A (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 北京机械工业自动化研究所 一种耐冲蚀疏水材料及其制备方法
CN104818454A (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 北京机械工业自动化研究所 一种耐高温疏水材料及其制备方法
CN106637099A (zh) * 2017-03-07 2017-05-10 郑州航空工业管理学院 用于水下低速航行器的耐腐蚀减阻薄膜及制备方法
CN106746736A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 安徽凯盛基础材料科技有限公司 一种超疏水玻璃涂层及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104818453A (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 北京机械工业自动化研究所 一种耐冲蚀疏水材料及其制备方法
CN104818454A (zh) * 2015-04-17 2015-08-05 北京机械工业自动化研究所 一种耐高温疏水材料及其制备方法
CN106746736A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 安徽凯盛基础材料科技有限公司 一种超疏水玻璃涂层及其制备方法
CN106637099A (zh) * 2017-03-07 2017-05-10 郑州航空工业管理学院 用于水下低速航行器的耐腐蚀减阻薄膜及制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880714A (zh) * 2019-12-12 2020-03-13 重庆大学 利用沉积放电主动防御输电线路冰灾的方法
CN113774326A (zh) * 2021-08-26 2021-12-10 浙江交工新材料有限公司 一种金属波纹管表面处理方法
CN113774326B (zh) * 2021-08-26 2024-02-27 浙江交工新材料有限公司 一种金属波纹管表面处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109402582B (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109295416B (zh) 一种超疏水复合涂层及其制备方法与应用
EP0288156B1 (en) Overlay coating
CN109402582A (zh) 一种耐冲蚀防覆冰复合涂层及其制备方法与应用
CN105521934A (zh) 一种铝表面超疏水涂层的制备方法
CN109402563A (zh) 一种防覆冰复合涂层及其制备方法与应用
JPH01281A (ja) オーバレイ・コーティング
WO2018223781A1 (zh) 一种防冰涂层及其制备方法
CN108998772B (zh) 一种复合透明导电薄膜及其制备方法
CN112552717A (zh) 一种用于飞机复合材料机翼的新型防除冰涂层及其制备方法
US11453941B2 (en) Cerium oxide coating, its preparation and use
CN102776512B (zh) 一种梯度热障涂层的制备方法
CN106634118A (zh) 一种用于露天阀门防护的金属涂料
CN202008536U (zh) 一种憎水防雾镜片
CN111041451A (zh) 耐用型抗结冰表面修饰材料及其制备方法
CN109338304A (zh) 一种透明超疏水薄膜、其制备方法及应用
CN108642428A (zh) 一种除冰纯铜涂层
CN101660122B (zh) 石英膜片
CN109207939B (zh) 一种γ-TiAl合金表面的NiCrAlSi/CeO2掺杂YSZ涂层及其制备方法
JP3035209B2 (ja) 耐食性材料及びその製造方法
CN110951296A (zh) 一种金属表面无氟超疏水涂层及其制备方法
CN106082700B (zh) 一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜及其制备方法
CN100480417C (zh) 一种在钛合金表面低温下形成无裂纹扩散铝涂层的方法
CN104369495A (zh) 一种自粘性丙烯酸乳液涂布的镀氧化铝膜及其制造方法
CN114950921B (zh) 一种构筑多孔微纳结构的方法及具有多孔微纳结构的材料
NL2029563B1 (en) Super-hydrophobic coating composite material for anti-icing and de-icing and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant