專利名稱：碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬制品的表面加工工藝，特別是航空剎車件的氧化防護(hù)加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
碳/碳復(fù)合材料是一種在350℃以上就開始緩慢氧化的材料，該類材料在高溫條件下的使用必須采取氧化防護(hù)措施，作為航空剎車材料的應(yīng)用，飛機(jī)在著陸的過(guò)程中，飛機(jī)所有動(dòng)能的60％到80％在很短的時(shí)間(20秒到50秒)內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能，使得碳/碳復(fù)合材料剎車件的溫度急劇升高。根據(jù)能量和熱庫(kù)的設(shè)計(jì)不同，溫度范圍可以達(dá)到500℃-120℃。如果碳/碳復(fù)合材料發(fā)生了氧化，就會(huì)使得其機(jī)械性能迅速下降，所有的鍵槽傳動(dòng)力矩的部分都有可能失效，造成著陸事故。另外，氧化還會(huì)使碳/碳復(fù)合材料的摩擦磨損性能發(fā)生較大的變化，使飛機(jī)在剎車時(shí)的可操控性能大幅度下降。為此，氧化防護(hù)技術(shù)的好壞直接決定了碳/碳復(fù)合材料是否能夠用于制造航空剎車件。
由于，采用基體改性的方法容易使碳/碳復(fù)合材料的摩擦磨損性能發(fā)生不易控制的改變，給飛機(jī)的剎車制動(dòng)性能帶來(lái)不良影響，所以目前通用的做法都是采用在非摩擦面涂敷氧化防護(hù)涂層的辦法進(jìn)行碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的抗氧化?？寡趸繉臃譃楸砻娓采w類涂層和表面改性類涂層兩類。表面改性類涂層的使用溫度一般較低，一般在800℃以下使用，這類涂層一般使用壽命較長(zhǎng)，不易損壞。俗稱低溫長(zhǎng)壽命涂層。另一類表面覆蓋類涂層，這類涂層主要是在碳/碳復(fù)合材料的表面覆蓋上一層致密的膜，涂層起著隔絕空氣的作用。這類涂層的一般是用壽命較短，但使用溫度較高。最高適用溫度可達(dá)到2000℃以上，但時(shí)間較短，一般長(zhǎng)時(shí)間的使用不超過(guò)1000℃。主要是因?yàn)榇祟愅繉右话闱闆r下同碳/碳復(fù)合材料的熱脹系數(shù)存在差異，再加上碳/碳復(fù)合材料同一般的其他材料的結(jié)合性能較差，在反復(fù)熱振的條件下會(huì)出現(xiàn)大量的微裂紋使得涂層失效。從而造成碳/碳復(fù)合材料的高溫氧化。
為了能克服以上各工藝缺陷，有一種碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)加工方法，先在剎車件的最內(nèi)層采用碳/碳復(fù)合材料表面氧化活性進(jìn)行鈍化，再在鈍化層外時(shí)行空氣阻斷處理，在最外層進(jìn)行涂層和基體之間熱脹系數(shù)的匹配處理。
發(fā)明人綜合考慮①碳/碳復(fù)合材料與不同材料的結(jié)合性和②不同材料對(duì)碳/碳復(fù)合材料表面的氧化活性的影響.通過(guò)采用多層涂敷的辦法綜合利用材料各種優(yōu)良特性，達(dá)到綜合最優(yōu)的抗氧化效果。
采用分三次進(jìn)行不同的功能梯度的航空剎車件三層涂層方法，最終在工件表面形成三種不同功能梯度。涂層三層的特性各有不同，第一層主要是碳/碳復(fù)合材料的表面改性，以及利用硅碳和硼以及碳化硼和碳材料的結(jié)合性，形成一個(gè)表面改性層+結(jié)合性過(guò)渡層。所以第一層主要成分是硼、硅及其碳化物和少量氧化物。第二層主要是阻斷層，組要是起到隔斷空氣的作用。所以該層的主要成分是陶瓷成分為主。阻斷分為物理阻斷好化學(xué)阻斷兩種方式。第三層的主要作用是自愈合層，主要是為了克服在熱振條件下產(chǎn)生的大量的微裂紋。由于涂層和碳/碳復(fù)合材料基體存在有較為明顯熱脹系數(shù)差異，特別是碳/碳復(fù)合材料的熱脹系數(shù)在不同的方向也不盡相同，不可避免的在熱振過(guò)程中產(chǎn)生較大的形變差異引起的應(yīng)力，從而造成涂層產(chǎn)生大量的目視不可見的微裂紋，這種微裂紋的產(chǎn)生極易導(dǎo)致涂層抗氧化能力的失效。第三層涂層的自愈合能力就顯得極為重要。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于發(fā)明與上述方法配套的克服涂層和碳/碳復(fù)合材料基體存熱脹系數(shù)差異的碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料。
本發(fā)明由粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑混合后制得；其中，所述粉料C由SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B和CeO2組成；所述溶劑C由二甲苯、丙酮和正丁醇組成；所述粘結(jié)劑包括有機(jī)硅樹脂。
所述粉料C中SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B和CeO2占粉料C總重量的百分比分別為20～40％、3～5％、20～40％、2～5％、2～26％、6～30％、20～40％、20～40％和0.5～10％。
本發(fā)明所述粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑的重量比為5∶14∶1。
所述溶劑C中二甲苯、丙酮和正丁醇的體積比為4∶5∶1。目的是稀釋料漿。
所述粘結(jié)劑還包括固化劑，有機(jī)硅樹脂與固化劑的重量比為20∶1。目的是促使涂層在指定條件下固化。
所述粉料C中SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B的平均粒度不大于38微米。目的是使的涂層中的各種成分分布得均勻性得到控制，以便在高溫處理時(shí)成型后的涂層均勻。
通過(guò)本發(fā)明方法制成的涂層懸浮液經(jīng)特殊的工藝可在碳/碳復(fù)合材料航空剎車件形成的空氣阻斷層表面形成良好的涂層和碳/碳復(fù)合材料基體存熱脹系數(shù)差異匹配層，使最終形成的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

具體實(shí)施例方式 一、涂層配制 1、各涂層粉料的配制 各涂層粉料的力度均應(yīng)小于3838μm，經(jīng)過(guò)120℃烘干后置于絕干條件下保存。配比見下表 注各粉料原料的平均粒度不大于38微米。
2、溶劑的配制 溶劑A體積比甲苯∶正丁醇＝7∶3 溶劑B質(zhì)量比硅溶膠∶磷酸二氫鋁＝9∶1 溶劑C體積比二甲苯∶丙酮∶正丁醇＝4∶5∶1 3、粘結(jié)劑質(zhì)量比有機(jī)硅樹脂∶固化劑＝20∶1。
4、表面活性劑采用磷酸酯。
5、料漿配制 (1)將粉料A用溶劑A溶解，加入粘結(jié)劑，混合均勻后制得涂層料漿A。
其中，粉料A、溶劑A和粘結(jié)劑的重量比為5∶12∶3。
(2)將粉料B用溶劑B溶解，加入磷酸酯，混合均勻后制得涂層料漿B。
其中，粉料B、溶劑B和磷酸酯的重量比為7∶12∶1。
(3)將粉料C用溶劑C溶解，加入粘結(jié)劑，混合均勻后制得涂層料漿C。
其中，粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑的重量比為5∶14∶1。
二、加工工藝 1、鈍化 (1)采用超聲波清洗的方法將碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的表面洗干凈后烘干，待用。
(2)將涂層料漿A刷涂于碳/碳復(fù)合材料剎車件的非摩擦表面，置于220℃條件下烘干固化2小時(shí)后取出。
(3)在1600℃真空條件下進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，保溫1小時(shí)，形成鈍化層。
在配制涂層料漿的過(guò)程中，根據(jù)所需要的涂層厚度調(diào)整有機(jī)硅和溶劑的比例。通常采用的厚度值為8微米時(shí)每100克粉料的溶劑配給量應(yīng)為1.4升。在涂敷的過(guò)程中，有溶劑的揮發(fā)發(fā)生時(shí)，可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適量添加溶劑量，調(diào)至初始的粘稠度即可。
2、空氣阻斷處理 (1)將涂層料漿B在加熱攪拌器上加熱并同時(shí)攪拌40分鐘后備用，保溫溫度為80℃。并控制涂層料漿B的粘稠度控制值為常溫下粘度杯流凈時(shí)間6秒到10秒。
(2)在涂敷之前，碳/碳復(fù)合材料航空剎車件需要預(yù)熱到120℃。
(3)在鈍化層外，采用涂層料漿B涂敷之后，在240℃環(huán)境溫度下烘干固化2小時(shí)，取出。
(4)在900℃、真空條件下熱處理1小時(shí)，形成空氣阻斷層。
3、涂層和基體之間熱脹系數(shù)的匹配處理 (1)將涂層料漿C在加熱攪拌器上加熱并同時(shí)攪拌40分鐘后備用，保溫溫度為80℃。
(2)在涂敷之前，碳/碳復(fù)合材料航空剎車件需要預(yù)熱到120℃。
(3)在空氣阻斷層外，采用涂層料漿C涂敷之后，在240℃環(huán)境溫度下烘干固化2小時(shí)，取出。
(4)在900℃、真空條件下熱處理1小時(shí)，形成最外層，即涂層和基體之間熱脹系數(shù)的匹配處理層。
4、注意點(diǎn) 所有的烘干固化均在常壓下進(jìn)行，采用烘箱烘干，烘箱為半開放狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于由粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑混合后制得，其中，
所述粉料C由SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B和CeO2組成；
所述溶劑C由二甲苯、丙酮和正丁醇組成；
所述粘結(jié)劑包括有機(jī)硅樹脂。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于所述粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑的重量比為5∶14∶1。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于所述粉料C中SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B和CeO2占粉料C總重量的百分比分別為20～40％、3～5％、20～40％、2～5％、2～26％、6～30％、20～40％、20～40％和0.5～10％。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于所述溶劑C中二甲苯、丙酮和正丁醇的體積比為4∶5∶1。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于所述粘結(jié)劑還包括固化劑，有機(jī)硅樹脂與固化劑的重量比為20∶1。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，其特征在于所述粉料C中SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B的平均粒度不大于38微米。
全文摘要
碳/碳復(fù)合材料航空剎車件的氧化防護(hù)匹配處理層涂料，涉及一種金屬制品的表面加工工藝，特別是航空剎車件的氧化防護(hù)加工技術(shù)領(lǐng)域。由粉料C、溶劑C和粘結(jié)劑混合后制得；其中，所述粉料C由SiC、BC、B2O3、ZrO2、Al、Al2O3、Si、B和CeO2組成；所述溶劑C由二甲苯、丙酮和正丁醇組成；所述粘結(jié)劑包括有機(jī)硅樹脂。通過(guò)本發(fā)明方法制成的涂層懸浮液經(jīng)特殊的工藝可在碳/碳復(fù)合材料航空剎車件形成的空氣阻斷層表面形成良好的涂層和碳/碳復(fù)合材料基體熱脹系數(shù)差異匹配層，使最終形成的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
文檔編號(hào)F16D69/02GK101318837SQ200810022009
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者居小平, 昕 鄧, 孫文革 申請(qǐng)人:居小平, 昕 鄧, 孫文革