CN114702031A - 一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 - Google Patents
一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114702031A CN114702031A CN202210294660.XA CN202210294660A CN114702031A CN 114702031 A CN114702031 A CN 114702031A CN 202210294660 A CN202210294660 A CN 202210294660A CN 114702031 A CN114702031 A CN 114702031A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphite material
- antioxidant
- carbon graphite
- parts
- temperature
- 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.)
- Pending
Links
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 165
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 141
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 34
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 21
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 6
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 8
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 7
- -1 β -aminoethyl Chemical group 0.000 claims description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 claims description 4
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000019801 trisodium phosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- SXIFAEWFOJETOA-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxy-butyl Chemical group [CH2]CCCO SXIFAEWFOJETOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 27
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 27
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 24
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 10
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 8
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 8
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 102100025283 Gap junction alpha-8 protein Human genes 0.000 description 2
- 101710086969 Gap junction alpha-8 protein Proteins 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- QGBLCIBATKETJC-UHFFFAOYSA-N 3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane;manganese(2+) Chemical compound [Mn+2].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 QGBLCIBATKETJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910014572 C—O—P Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000020584 Polyploidy Diseases 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L hydron;manganese(2+);phosphate Chemical compound [Mn+2].OP([O-])([O-])=O CPSYWNLKRDURMG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- GVALZJMUIHGIMD-UHFFFAOYSA-H magnesium phosphate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O GVALZJMUIHGIMD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000004137 magnesium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229960002261 magnesium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000157 magnesium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010994 magnesium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- GRLPQNLYRHEGIJ-UHFFFAOYSA-J potassium aluminium sulfate Chemical compound [Al+3].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O GRLPQNLYRHEGIJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- NFMWFGXCDDYTEG-UHFFFAOYSA-N trimagnesium;diborate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] NFMWFGXCDDYTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BIKXLKXABVUSMH-UHFFFAOYSA-N trizinc;diborate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] BIKXLKXABVUSMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H zinc phosphate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000165 zinc phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法，以重量份计，该抗氧化剂包括以下组分：金属氧化物13~20份；高温固化剂0.1~1份；磷酸40~50份；硼酸10~20份；磷酸氢铵2~5份；稳定剂0.1~1份；水15~25份。其制备方法为将所述的抗氧化剂组分置于恒温储液罐内，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为1~5的溶液，静置陈化1~20 h，即可得所述抗氧化剂溶液。该抗氧化剂的浸渍效果好，成膜性良好，机械性能优异，能有效提高炭石墨材料的高温抗氧化性能，能保证在650℃×50 h下抗氧化失重率小于5%，且无明显吸潮现象。
Description
技术领域
本发明属于碳石墨材料技术领域，具体涉及一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法。
背景技术
炭石墨材料由于其独特的层状结构，使其具有独特的自润滑性能。在其层状晶体结构中，碳原子形成具有sp2杂化轨道的六角形石墨层网络，这使得层内由强的共价键连接，层间则由弱的范德华力连接。这样的结构决定了石墨层的低摩擦系数、耐腐蚀、较低的热膨胀系数、良好的成膜性和优异的加工性能等特点，已广泛用于较低温度的航空发动机封严系统。
但是，由于炭石墨材料在高温热氧或热空气工况条件下(＞450℃)极易发生氧化失效(炭石墨封严材料一旦发生氧化失效后不具有自润滑性能，且自润滑膜被破坏，极易发生氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损，最终造成滑油泄漏)，导致其在较高温度封严系统中的应用被极大地限制。
随着我国航空航天等特殊领域科技的不断发展，对炭石墨封严材料的高温抗氧化性提出了更高的要求，要求在650℃/50h，抗氧化失重率≤5％，以满足我国航空发动机和燃气轮机等尖端装备的升级换代，所以需对炭石墨进行抗氧化处理，以提高炭石墨材料的高温抗氧化性，目前航空发动机用炭石墨封严材料进行的抗氧化处理主要是对炭石墨材料进行抗氧化剂的浸渍处理，同时要求抗氧化剂不能影响炭石墨材料的机械性能，且具有减磨作用，有利于促进炭石墨材料的成膜，无明显吸潮现象。
中国专利CN109354511A公开了一种石墨模具抗氧化浸渍液及其制备方法与应用，该抗氧化浸渍液以复合磷酸盐作为主粘结剂、以硼酸和/或硼酸钠作为抗高温氧化剂，以水为溶剂，并添加含POSS(多倍体低聚硅倍半氧烷)衍生物作为孔隙封闭剂，同时将纳米二氧化硅颗粒和非硅纳米氧化物颗粒作为耐高温纳米填充剂，还可以包括酸、有机稀释剂。如用于航空炭石墨体系，因纳米二氧化硅太硬，会影响炭石墨封严环的成膜性，并容易发生磨粒磨损。
中国专利CN104341172A公开了一种石墨制品抗氧化剂，该专利利用碳化硅提升石墨制品的抗氧化性能。如用于航空炭石墨体系，因碳化硅太硬、摩擦系数较大，容易磨伤对磨副，造成滑油泄露。
中国专利CN102775991A公开了一种提高石墨制品高温抗氧化性能的浸渍型抗氧化液及其应用方法，该专利采用浸渍液一和浸渍液二对石墨进行浸渍处理。浸渍液一的溶质由六偏磷酸钠和硫酸铝钾组成；浸渍液二的溶质由硅酸钠和四硼酸钠组成。钠盐和钾盐不具减磨作用，如用于航空炭石墨体系，不利于成膜，易导致炭石墨密封材料发生疲劳磨损和机械磨损。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法，该抗氧化剂的成膜性良好，机械性能优异，能有效提高炭石墨材料的高温抗氧化性能，保证在650℃×50h下抗氧化失重率小于5％，且无明显吸潮现象。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂，以重量份计，包括以下组分：金属氧化物13～20份；高温固化剂0.1～1份；磷酸40～50份；硼酸10～20份；磷酸氢铵2～5份；稳定剂0.1～1份；水15～25份。
进一步地，所述金属氧化物为氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化钠和氧化铝中的一种或多种。
进一步地，所述高温固化剂为-氨丙基、β-氨乙基、4-羟丁基和β-羟乙基中的一种或多种。
进一步地，所述稳定剂为硫酸、硅酸钠、磷酸三钠、硅酸镁铝和硅酸钠中的一种或多种。
一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的制备方法，将前面所述的抗氧化剂组分置于恒温储液罐内，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为1～5的溶液，静置陈化1～20h，即可得所述抗氧化剂溶液。
进一步地，所述恒温储液罐的温度为60～90℃。
一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的应用方法，应用前面所述制备方法得到的抗氧化剂，具体包括以下步骤：
S1：将炭石墨材料表面清理至无明显粉体残留，然后将其放入无水乙醇和水的混合溶液中超声清洗0.5～3h，再将其置于真空干燥箱中干燥，待用；
S2：将S1得到的炭石墨材料置于浸渍罐内，并对浸渍罐进行加热，待浸渍罐和炭石墨材料被加热至60～90℃时，抽取真空；
S3：在保持浸渍罐真空的条件下，通过压差，将抗氧化剂从计量罐中引入浸渍罐内，并将炭石墨材料淹没；
S4：对浸渍罐进行增压至1.0～30MPa，然后保压一段时间后，泄压，并停止对浸渍罐加热，冷却至室温，取出浸渍炭石墨材料，擦干炭石墨材料表面残留的溶液，搁置1-10h，待用；
S5：将S4得到的炭石墨材料置于100～400℃条件下进行热处理，以脱除炭石墨材料上的水分和微过量的磷酸和硼酸，然后冷却至室温，取出，待用；
S6：将S5得到的炭石墨材料在736.5～889.5℃固化1～4h即得到具有抗氧化性能的炭石墨材料。
进一步地，S1中真空干燥箱内的温度为60～90℃，干燥时间为5～24h。
进一步地，S2中抽取真空后，真空罐内的压力为-0.01～-0.1MPa。
进一步地，S3中保压压力为1.0～30MPa，保压时间为0.5～3h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、使用本发明的抗氧化剂浸渍炭石墨材料过程中，金属氧化物和磷酸形成磷酸盐，而磷酸盐能填充到炭石墨的开气孔中和由脆弱的封闭孔隙破裂产生的新孔隙中，在温度大于350℃时，硼酸易分解成流动态的氧化硼，与磷酸盐发生协同作用，形成互补，充分填充炭石墨材料上的细孔结构。
在高温固化时，磷酸盐发生多聚缩合以及胶结吸附作用生成多聚偏磷酸，从而在炭石墨基体表面形成复杂的空间网络结构或链状结构，并形成C-O-P交联化学键。
高温固化剂可以同时与无机酸(磷酸、硼酸和硫酸等)反应形成无机盐，抑制磷酸二氢盐的潮解，同时有利于与磷酸盐(磷酸锌、磷酸镁、磷酸锰等)和硼酸盐(硼酸锌、硼酸锰和硼酸镁等)发生协同作用，促进抗氧化剂高温铺展包覆石墨密封材料后性能致密的“交联网络”，抑制过固化，从而能进一步提升网络结构的交联程度，形成更加致密的抗氧化膜层。
当炭石墨材料遭受热空气干扰时，抗氧化膜层可以稳定的分解释放P2O5抑制炭石墨材料发生氧化失效。
2、本发明选用的金属氧化物对应的金属物质都是软金属，不会对石墨密封材料基体和对摩副造成磨粒磨损、机械磨损；另外，有研究表明对应金属离子有类似层状结构存在，具有减磨作用。
3、本发明的抗氧化剂能有效提高炭石墨抗氧化性能，保证在650℃×50h的抗氧化失重率小于5％，且能有效增加炭石墨材料的抗折强度、抗压强度、肖氏硬度和体积密度，降低炭石墨材料的气孔率，避免出现明显吸水潮解现象。
附图说明
图1-实施例1抗氧化剂的宏观形貌图和TG曲线。
图2-实施例1炭石墨材料抛光面的宏观形貌图和微观形貌图以及炭石墨材料折断面形貌图。
图3-实施例2炭石墨材料抛光面的宏观形貌图和微观形貌图以及炭石墨材料折断面形貌图。
图4-实施例3炭石墨材料抛光面的宏观形貌图和微观形貌图以及炭石墨材料折断面形貌图。
图5-对比实施例炭石墨材料抛光面的宏观形貌图和微观形貌图以及炭石墨材料折断面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
以下实施例和对比实施例均采用自贡东新电碳有限责任公司生产的同一型号炭石墨材料作为实验样品进行实验。
实施例1
1)按质量份准确称量氧化锌12份、氧化锰2份、4-羟丁基0.2份，-氨丙基0.1份、磷酸40.5份、硼酸19份、硅酸钠0.1份、磷酸三钠0.1份，磷酸氢铵5份，水21份；
2)将步骤1)称量的原料投入80℃恒温储液罐中，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为3的溶液，陈化10h，即得到抗氧化剂；
3)将待浸渍炭石墨材料表面清理至无明显粉体残留，将其放入无水乙醇和水(污水乙醇和水的质量比为3:1)的混合溶液中超声清洗0.5h后，将其置于真空干燥箱中，于110℃干燥10h，待用；
4)将步骤3)处理的炭石墨材料置于抗氧化剂浸渍罐中，并将浸渍罐置于真空罐内，待浸渍罐和炭石墨材料被加热至70℃时，抽真空至-0.08MPa后；
5)在真空罐内保持真空的条件下，将步骤2)配制好的抗氧化剂引入浸渍罐内并将炭石墨材料淹没；
6)增压至20MPa后，保压0.5h，泄压，停止对浸渍罐加热，冷却至室温，取出浸渍炭石墨材料，擦干炭石墨材料表面残留的溶液，搁置10h；
7)将步骤6)制备得到含浸渍液的炭石墨材料置于高温气氛电阻炉中，于350℃热处理8h，以脱除水分和过量的磷酸和硼酸，冷却至室温，取出，待用；
8)将步骤7)得到的炭石墨材料填埋于埋烧料中，置于高温气氛电阻炉中，于815℃固化4h，冷却至室温，取出，得到抗氧化性能优异的炭石墨材料。
脱除抗氧化剂中的磷酸、硼酸和水后得到的抗氧化剂的宏观形貌图和TG图如图1所示，由图可知：抗氧化剂呈白色颗粒状的晶体结构。通过在氩气氛围下，以10K/min从室温升温至1200℃，测试抗氧化剂的热行为；抗氧化剂的残留质量为25.51wt.％，主要发生四个阶段的分解。第一阶段：在188.9℃～347.9℃，质量发生变化，主要归因于抗氧化剂中的结合水、磷酸和硼酸的受热分解；第二阶段：在347℃～538.5℃，质量未发生明显的变化，未达到抗氧化剂的分解温度；第三阶段：在538.5℃～736.5℃，质量发生变化，归因于抗氧化剂发生了复分解反应；第四阶段：在736.5℃～889.5℃，质量发生明显的变化，抗氧化剂开始融化、铺展、交联。因此，固化温度因控制在第四阶段。
将本实施例最终得到的炭石墨材料搁置潮湿空气中30天，观察抗氧化剂潮解析出情况，其测试结果如图2(a)和图2(b)所示，其中图2(a)为炭石墨材料抛光面的宏观形貌图，图2(b)炭石墨材料抛光面的微观形貌图。并采用SEM对抗折断面进行微观形貌测试，观察交联网状结构对炭石墨材料的覆盖情况，其测试结果如图2(c)所示，图2(c)为折断面形貌图。由图2可知，炭石墨材料搁置潮湿空气中30天后，炭石墨材料的抛光面无明显潮解现象，通过SEM测试证明无抗氧化剂晶体析出；通过断面测试发现抗氧化剂均匀铺展在炭石墨材料表面，有利于抑制炭石墨材料被高温热氧侵蚀。
实施例2
1)按质量份准确称量氧化锌13份、氧化镁4份、-氨丙基0.1份、β-羟乙基0.3份、磷酸45份、硼酸13份、磷酸三钠0.4份、硅酸钠0.2份、磷酸氢铵4份，水20份；
2)将步骤1)称量的原料投入恒温储液罐中，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为3的溶液，陈化10h，即得到抗氧化剂；
3)将待浸渍炭石墨材料表面清理至无明显粉体残留，将其放入无水乙醇和水(无水乙醇和水的质量比为3:1)的混合溶液中超声清洗0.5h后，将其置于真空干燥箱中，于110℃干燥10h，待用；
4)将步骤3)处理的炭石墨材料置于抗氧化剂浸渍罐中，并将浸渍罐置于真空罐内，待浸渍罐和炭石墨材料被加热至70℃时，抽真空至-0.08MPa后；
5)在真空罐内保持真空的条件下，将步骤2)配制好的抗氧化剂引入浸渍罐内并将炭石墨材料淹没；
6)增压至20MPa后，保压0.5h，泄压，停止对浸渍罐加热，冷却至室温，取出浸渍炭石墨材料，擦干炭石墨材料表面残留的溶液，搁置10h；
7)将步骤6)制备得到含浸渍液的炭石墨材料置于高温气氛电阻炉中，于340℃热处理8h，以脱除水分和过量的磷酸和硼酸，冷却至室温，取出，待用；
8)将步骤7)得到的炭石墨材料填埋于埋烧料中，置于高温气氛电阻炉中，于810℃固化3h，冷却至室温，取出，得到抗氧化性能优异的炭石墨材料。
将实施例制备得到的炭石墨材料搁置潮湿空气中30天，观察抗氧剂潮解析出情况，其测试结果如图3(a)和图3(b)所示，其中图3(a)为炭石墨材料抛光面的宏观形貌图，图3(b)为炭石墨材料抛光面的微观形貌图。并采用SEM对抗折断面进行微观形貌测试，观察交联网状结构对炭石墨材料的覆盖情况，其测试结果如图3(c)所示，图3(c)为折断面形貌图。由图3可知，炭石墨材料搁置潮湿空气中30天后，炭石墨材料的抛光面无明显潮解现象，通过SEM测试证明无抗氧化剂晶体析出；通过断面测试发现抗氧化剂均匀铺展在炭石墨材料表面，有利于抑制炭石墨材料被高温热氧侵蚀。
实施例3
1)按质量份准确称量氧化锌15份、氧化铝5份、β-羟乙基0.7份、-氨丙基0.3份、磷酸50份、硼酸10份、硅酸钠0.4份、硅酸铝0.6份、磷酸氢铵2份，水16份
2)将步骤1)称量的原料投入恒温储液罐中，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为3的溶液，陈化10h，即得到抗氧化剂；
3)将待浸渍炭石墨材料表面清理至无明显粉体残留，将其放入无水乙醇和水(污水乙醇和水的质量比为3:1)的混合溶液中超声清洗0.5h后，将其置于真空干燥箱中，于110℃干燥10h，待用；
4)将步骤3)处理的炭石墨材料置于抗氧化剂浸渍罐中，并将浸渍罐置于真空罐内，待浸渍罐和炭石墨材料被加热至70℃时，抽真空至-0.08MPa后；
5)在真空罐内保持真空的条件下，将步骤2)配制好的抗氧化剂引入浸渍罐内并将炭石墨材料淹没；
6)增压至20MPa后，保压0.5h，泄压，停止对浸渍罐加热，冷却至室温，取出浸渍炭石墨材料，擦干炭石墨材料表面残留的溶液，搁置10h；
7)将步骤6)制备得到含浸渍液的炭石墨材料置于高温气氛电阻炉中，于370℃热处理8h，以脱除水分和过量的磷酸和硼酸，冷却至室温，取出，待用；
8)将步骤7)得到的炭石墨材料填埋于埋烧料中，置于高温气氛电阻炉中，于820℃固化3h，冷却至室温，取出，得到抗氧化性能优异的炭石墨材料。
将本实施例得到的炭石墨材料搁置潮湿空气中30天，观察抗氧剂潮解析出情况，其测试结果如图4(a)和图4(b)所示，其中图4(a)为炭石墨材料抛光面的宏观形貌图，图4(b)炭石墨材料抛光面的微观形貌图。并采用SEM对抗折断面进行微观形貌测试，观察交联网状结构对炭石墨材料的覆盖情况，其测试结果如图4(c)所示，图4(c)为折断面形貌图。由图4可知，炭石墨材料搁置潮湿空气中30天后，炭石墨材料的抛光面无明显潮解现象，通过SEM测试证明无抗氧化剂晶体析出；通过断面测试发现抗氧化剂均匀铺展在炭石墨材料表面，有利于抑制炭石墨材料被高温热氧侵蚀。
参照HB 5367.2-1986和HB 5367.1-1986标准，对炭石墨材料坯体和实施例1～3得到炭石墨材料进行抗折抗压测试，其测试结果见表1；参照HB 5367.4-1986标准，对炭石墨材料坯体和实施例1～3得到炭石墨材料进行抗氧化测试，采取650℃灼烧50h后计算失重率，其测试结构见表1。参照中国专利CN 202110859705.9公开方法对炭石墨材料坯体和实施例1～3进行PV值测试，观察其动态性能和成膜性，其测试结果见表1。
表1炭石墨坯体和实施例1～3炭石墨材料的性能参数
由表1可知，使用抗氧化剂后的炭石墨材料的抗折强度、抗压强度、肖氏硬度和体积密度均增加，气孔率和650℃×50h均下降，且650℃×50h的抗氧化失重率低于5％，PV值表现更为优异，有良好的成膜性。
对比实施例
抗氧化剂的组分不同，以重量份计，具体包括以下组分：磷酸55份，硼酸5份，氧化锌18份，水22份。其余操作过程同实施例1。
将本实施例得到的炭石墨材料搁置潮湿空气中30天，观察抗氧剂潮解析出情况，其测试结果如图5(a)和图5(b)所示，其中图5(a)为炭石墨材料抛光面的宏观形貌图，图5(b)炭石墨材料抛光面的微观形貌图。并采用SEM对抗折断面进行微观形貌测试，观察交联网状结构对炭石墨材料的覆盖情况，其测试结果如图5(c)所示，图5(c)为折断面形貌图。由图5可知，浸渍固化完成后，抛光的基体表面无磷酸盐潮解溢出；空气中搁置30天后炭石墨材料的抛光面被一层薄薄的物质覆盖，通过微观形貌发现，基体表面有大量的抗氧化剂晶体析出。
参照HB 5367.2-1986和HB 5367.1-1986标准，对炭石墨材料进行抗折抗压测试，其测试结果见表2；参照HB 5367.4-1986标准，对炭石墨材料进行抗氧化测试，采取650℃灼烧50h后计算失重率，其测试结果见表2。
表2对比实施例炭石墨材料的性能参数
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：金属氧化物13 ~ 20份；高温固化剂0.1~1份；磷酸40~50份；硼酸10~20份；磷酸氢铵2~5份；稳定剂0.1~1份；水15~25份。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂，其特征在于，所述金属氧化物为氧化锌、氧化镁、氧化锰、氧化钠和氧化铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂，其特征在于，所述高温固化剂为g-氨丙基、β-氨乙基、4-羟丁基和β-羟乙基中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂，其特征在于，所述稳定剂为硫酸、硅酸钠、磷酸三钠、硅酸镁铝和硅酸钠中的一种或多种。
5.一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的制备方法，其特征在于，将权利要求1~4所述的抗氧化剂组分置于恒温储液罐内，匀速搅拌至呈透明液体，配制出pH值为1~5的溶液，静置陈化1~20h，即可得所述抗氧化剂溶液。
6.根据权利要求5所述一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述恒温储液罐的温度为60~90 ℃。
7.一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的应用方法，其特征在于，应用权利要求5或权利要求6所述制备方法得到的抗氧化剂，具体包括以下步骤：
S1：将炭石墨材料表面清理至无明显粉体残留，然后将其放入无水乙醇和水的混合溶液中超声清洗0.5~3 h，再将其置于真空干燥箱中干燥，待用；
S2：将S1得到的炭石墨材料置于浸渍罐内，并对浸渍罐进行加热，待浸渍罐和炭石墨材料被加热至60~90 ℃时，抽取真空；
S3：在保持浸渍罐真空的条件下，通过压差，将抗氧化剂从计量罐中引入浸渍罐内，并将炭石墨材料淹没；
S4：对浸渍罐进行增压至1.0~30 MPa，然后保压一段时间后，泄压，并停止对浸渍罐加热，冷却至室温，取出浸渍炭石墨材料，擦干炭石墨材料表面残留的溶液，搁置1-10 h，待用；
S5：将S4得到的炭石墨材料置于100~400 ℃条件下进行热处理，以脱除炭石墨材料上的水分和微过量的磷酸和硼酸，然后冷却至室温，取出，待用；
S6：将S5得到的炭石墨材料在736.5~889.5 ℃固化1~4 h即得到具有抗氧化性能的炭石墨材料。
8.根据权利要求7所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的应用方法，其特征在于，S1中真空干燥箱内的温度为60~90 ℃，干燥时间为5~24 h。
9.根据权利要求7所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的应用方法，其特征在于，S2中抽取真空后，真空罐内的压力为0.01~-0.1 MPa。
10.根据权利要求7所述的一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂的应用方法，其特征在于，S3中保压压力为1.0~30 MPa，保压时间为0.5~3 h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210294660.XA CN114702031A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210294660.XA CN114702031A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114702031A true CN114702031A (zh) | 2022-07-05 |
Family
ID=82170608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210294660.XA Pending CN114702031A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114702031A (zh) |
-
2022
- 2022-03-23 CN CN202210294660.XA patent/CN114702031A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108658613B (zh) | 一种短纤维模压制备汽车刹车盘的方法 | |
| CN109320246B (zh) | 一种高温抗氧化石墨陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| CN102964144B (zh) | 一种提高碳/碳复合材料表面涂层抗氧化性能的方法 | |
| JP2006517899A (ja) | 耐熱構造複合材料をシリサイド化する方法およびその方法により得られた部品 | |
| CN113526983B (zh) | 一种核反应堆用石墨材料的复合高温抗氧化涂层及其制备方法 | |
| RU2480433C2 (ru) | Способ изготовления герметичных изделий из углерод-карбидокремниевого материала | |
| CN111004036A (zh) | 一种高致密度六方氮化硼基固体润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN115583835A (zh) | 一种低气孔率高机械强度炭石墨材料及其制备方法 | |
| CN113045325A (zh) | 一种高强度碳/碳-碳化硅复合材料的制备方法 | |
| CN117819999B (zh) | 一种防热-隔热-承载一体化轻质碳-陶复合材料及其制备与应用 | |
| CN114702031A (zh) | 一种航空发动机石墨材料用抗氧化剂及其制备方法和应用方法 | |
| CN106631161A (zh) | 一种在碳基材料表面制备抗高温氧化复合涂层的方法 | |
| CN107619282B (zh) | 一种高韧性钛碳化硅-碳化硅复相陶瓷异形件的制备方法 | |
| KR101210882B1 (ko) | 유리질 탄소 코팅 흑연 도가니 및 그의 제조방법 | |
| CN110042653B (zh) | 一种表面具有多尺度SiC-SiOC陶瓷涂层的碳纤维及其制备方法 | |
| CN115894085B (zh) | 一种复合陶瓷涂层材料及其制备方法和应用 | |
| CN116621593A (zh) | 一种低密度C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层的制备方法 | |
| CN115849928A (zh) | 一种含有磷酸镧界面层的注凝成型的氧化铝纤维增强复合材料及其制备方法 | |
| CN114478068A (zh) | 一种高温抗氧化石墨制品及其制备方法 | |
| CN111961901B (zh) | 原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法 | |
| CN111286224B (zh) | 一种用于锅炉受热面抗高温氯腐蚀涂层及制备方法 | |
| CN110066185B (zh) | 一种C/C-SiC-Al复合材料及制备方法 | |
| CN116354735B (zh) | 一种快速制备AlN改性C/C-SiC摩擦材料的方法 | |
| CN112855814B (zh) | 一种低噪音、防锈粘连的新能源车用鼓式刹车片及其制备方法 | |
| CN107573076A (zh) | 一种高韧性钛碳化硅‑碳化硅复相陶瓷异形件 |
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 | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 643000 Rongchuan 15, Yantan District, Zigong City, Sichuan Province Applicant after: Zigong Dongxin Carbon Co.,Ltd. Applicant after: HUNAN University Address before: 643000 Rongchuan 15, Yantan District, Zigong City, Sichuan Province Applicant before: ZIGONG DONGXIN CARBON CO.,LTD. Applicant before: HUNAN University |