CN114030264A - 一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，包括以下步骤：基板表面预处理：对基板表面进行喷砂，增强基板与复合层的结合力；复合材料低温喷涂：采用超高音速火焰喷涂技术对基板表面喷涂金属粉末；热压处理：在热压罐模具中放置金属薄片，经过喷涂后的复合板送入热压罐处理，设置热压罐工艺参数并启动热压罐，热压罐中的模具到达预设温度后进行保温，并在预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到高强度叠层复合板，本发明所达到的有益效果包括：本发明在航空领域中，用于飞机结冰防护，通过在基板表面复合金属层进行导热，可以大幅提高机载能量的利用效率，降低飞机总体设计的负担。
Description
技术领域：
本发明属于航空复合材料零部件的防除冰技术领域，特别涉及一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法。
背景技术：
随着复合材料在民用航空中应用的快速发展，复合材料的用量已成为现代民机先进性的重要指标之一，飞行中遭遇结冰的几率大幅度提高，结冰条件下的有效安全防护，是复合材料民用飞机安全性、舒适性和经济性的重要前提。
现有技术下，传统电阻丝加热防除冰的方法已经无法满足防除冰的技术要求，但由于结冰现象的复杂性，迄今为止发展起来的结冰防护技术，还不能完全消除结冰对飞行安全的危害，因结冰导致的事故甚至灾难还时有发生，因此需要一种防除冰结构功能一体化的复合板结构形式,以减少机载电源能耗，降低结构重量，解决复合材料气动前缘防除冰技术问题。
发明内容：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，解决了复合材料气动前缘防除冰技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、基板表面预处理：对基板表面进行喷砂，增强基板与复合层的结合力；
S2、复合材料低温喷涂：采用超高音速火焰喷涂技术对基板表面喷涂金属粉末；
S3、热压处理：在热压罐模具中放置金属薄片，经过喷涂后的复合板送入热压罐处理，设置热压罐工艺参数并启动热压罐，所述热压罐中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到高强度叠层复合板。
S4、效果测定：测定金属粉末涂层与基板结合的强度，测定金属粉末涂层的发热效率。
优选的，在步骤S1中，所述砂料可以是石英砂、氧化铝或其他锋利坚硬的砂料。
优选的，在步骤S2中，所述金属粉末的粒子速度大于580m/s，所述喷涂距离在190-220mm之间，金属粉末复合厚度为65-255μm，所述喷涂时间低于两小时。
优选的，在步骤S2中，喷涂时氧-燃气的比例在4.5-5.5之间，基板在温度在60-100℃之间。
优选的，在步骤S3中，所述预设温度设为150℃～300℃，保温时间设为2-8min。
优选的，在步骤S3中，预设冷却速率为20℃/min-110℃/min。
优选的，在步骤S2之前，对所述金属粉末进行材料筛选和成分优化。
优选的，在步骤S2中，所述金属粉末材料采用水雾化法制成。
优选的，在步骤S2中，所述金属粉末材料包括铜锰/铜锰镍合金。
本发明的有益效果包括：
1、本发明在航空领域中，用于飞机结冰防护，通过在基板表面复合金属层进行导热，可以大幅提高机载能量的利用效率，降低飞机总体设计的负担，解决了复合材料气动前缘防除冰技术问题，提升结冰条件下的飞行安全性能。
2、本发明在风力发电领域中，用于风力机叶片的结冰防护，从根本上解决目前工业界对于风力机结冰问题束手无策的难题，改善结冰环境下风力发电机的运行安全，提高发电量。
具体实施方式：
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1、基板表面预处理：对基板表面进行喷砂，可以增强基板与复合层的结合力，降低内应力。
S2、复合材料低温喷涂：采用超高音速火焰喷涂技术对基板表面喷涂金属粉末，通过复合金属粉末可以进行导热，可以大幅提高机载能量的利用效率，所述金属粉末材料包括铜锰/铜锰镍合金。
S3、热压处理：在热压罐模具中放置金属薄片，经过喷涂后的复合板送入热压罐处理，设置热压罐工艺参数并启动热压罐，所述热压罐中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到高强度叠层复合板，通过金属薄片的热压复合，可以提高此复合板的发热效率。
S4、效果测定：测定金属粉末涂层与基板结合的强度，测定金属粉末涂层的发热效率，通过对结合强度和发热效率进行测定，便于后续优化结构。
其中，在步骤S1中，所述砂料可以是石英砂、氧化铝或其他锋利坚硬的砂料，选择最佳砂料进行喷料提高基板与复合层的结合力。
其中，在步骤S2中，所述金属粉末的粒子速度大于580m/s，所述喷涂距离在190-220mm之间，金属粉末复合厚度为65-255μm，所述喷涂时间低于两小时。
其中，在步骤S2中，喷涂时氧-燃气的比例在4.5-5.5之间，基板在温度在60-100℃之间。
其中，在步骤S3中，所述预设温度设为150℃～300℃，保温时间设为2-8min，预设冷却速率为20℃/min-110℃/min。
其中，在步骤S2之前，对所述金属粉末进行材料筛选和成分优化，用迭代试验与过程仿真相辅相成，可获得基本满足防除冰要求的分区规划和回路分布。
其中，在步骤S2中，所述金属粉末材料采用水雾化法制成,为循环使用工业用水，不涉及环境问题,喷涂过程在标准化工业厂房洁净间内完成，同时配备除尘与尾气处理系统也不会对环境带来危害。
具体实施方式：
首先进行基板表面预处理，对基板表面进行喷砂，增强基板与复合层的结合力，降低内应力，接着进行复合材料低温喷涂，采用超高音速火焰喷涂技术对基板表面喷涂金属粉末，通过复合金属粉末可以进行导热，可以大幅提高机载能量的利用效率，然后进行热压处理，在热压罐模具中放置金属薄片，经过喷涂后的复合板送入热压罐处理，设置热压罐工艺参数并启动热压罐，所述热压罐中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到高强度叠层复合板，通过金属薄片的热压复合，可以提高此复合板的发热效率，此种制备方法采用水雾化法制备金属微米颗粒，为循环使用工业用水，不涉及环境问题,喷涂过程在标准化工业厂房洁净间内完成，同时配备除尘与尾气处理系统也不会对环境带来危害，复合材料零部件的制造为标准的航空工业制造技术，也不会对环境带来不良影响，通过此种制备方法，用于飞机结冰防护中，通过在基板表面复合金属层进行导热，可以大幅提高机载能量的利用效率，降低飞机总体设计的负担，解决了复合材料气动前缘防除冰技术问题，提升结冰条件下的飞行安全性能，并且本发明在风力发电领域中，用于风力机叶片的结冰防护，从根本上解决目前工业界对于风力机结冰问题束手无策的难题，改善结冰环境下风力发电机的运行安全，提高发电量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基板表面预处理：对基板表面进行喷砂，增强基板与复合层的结合力；
S2、复合材料低温喷涂：采用超高音速火焰喷涂技术对基板表面喷涂金属粉末；
S3、热压处理：在热压罐模具中放置金属薄片，经过喷涂后的复合板送入热压罐处理，设置热压罐工艺参数并启动热压罐，所述热压罐中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到高强度叠层复合板。
S4、效果测定：测定金属粉末涂层与基板结合的强度，测定金属粉末涂层的发热效率。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述砂料可以是石英砂、氧化铝或其他锋利坚硬的砂料。
3.根据权利要求2所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述金属粉末的粒子速度大于580m/s，所述喷涂距离在190-220mm之间，金属粉末复合厚度为65-255μm，所述喷涂时间低于两小时。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，喷涂时氧-燃气的比例在4.5-5.5之间，基板在温度在60-100℃之间。
5.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述预设温度设为150℃～300℃，保温时间设为2-8min。
6.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，预设冷却速率为20℃/min-110℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S2之前，对所述金属粉末进行材料筛选和成分优化。
8.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述金属粉末材料采用水雾化法制成。
9.根据权利要求1所述的一种用于飞机除冰的高强度叠层复合板的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述金属粉末材料包括铜锰/铜锰镍合金。
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