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作者: 杨阳
来源: 中国腐蚀与防护网
发布时间: 2017-02-17
关键词: 钛合金, 耐高温, 高红外, 涂料, 腐蚀
领域: 腐蚀领域
摘要: 钛合金用耐高温高红外发射率涂料的研究
正文: 1 引言钛合金随着科技的发展在航空航天技术、高新装备制造等多个行业的地位越来越中重要。与传统金属材料相比，钛合金具有密度小、机械强度高、耐高温、耐腐蚀、抗腐蚀性好等优点，因此被人们称为“太空金属”。但钛合金的最高使用温度一般低于600℃，因为若温度超过600℃，钛合金表面与大气中的氧发生氧化反应，钛合金表面形成氧化层，且氧化速度很快，而这层膜并不致密，不能阻断氧对下层钛合金的继续氧化，造成钛合金性能被破坏。所以使用涂层提高钛合金的高温抗氧化性能，并且利用涂层的高红外发射率性能，能够使钛合金表面的热量通过热辐射的方式及时发散，从而使其温度降低，具有很大的意义。本文从颜填料的选择，树脂体系的制备，颜基比的选择等方面进行研究，制备不同配方涂料，采用喷涂方式制作样板测试表征，并讨论结果。 2 试验部分 2.1 试验所用原材料和仪器 2.2 树脂体系的制备采用溶胶-凝胶法制备树脂体系。按照表2的用量，将硅溶胶、去离子水、乙酸混合于反应器中，室温下搅拌均匀后，进行加热并滴加烷氧基硅烷单体混合液，保持搅拌并控制温度小于60℃，2小时左右滴加完毕，再保温搅拌2h。制备出耐温树脂备用。 2.3 高红外发射率颜填料色浆的制备按照表4，将颜填料按比例逐一加入容器，为了保证称量的准确，各颜填料在称量前需在110℃的环境中干燥1~2h。各组分别加入异丙醇90.0g作为溶剂，使用快手研磨分散4h，得到色浆。 2.4 耐高温高发射率涂料的制备将上述所制备的颜填料色浆与树脂按照表4给出的颜基比进行混合，按比例加入烷氧基硅烷单体水解液、硅烷偶联剂、固化剂，使用高速电动搅拌（转速800转/分）分散均匀，得到涂料。 2.5 耐高温高发射率涂层样板的制备实验采用TC4钛合金，规格为98mm×98mm×5mm。先将基材进行预处理，使用清理基材表面，除去基材表面的油污，然后采用喷砂处理，喷砂压力0.35~0.5 MPa。喷砂处理可以增大涂层与基材的接触面，增加机械咬合力，提高涂层与基材的结合强度。将制备好的涂料采用喷涂方式涂装于制备好的样板表面，涂层厚度控制在50μm±5μm。如果涂层太厚，由于在高温下基材与涂层的热膨胀率不同，造成应力过大，导致涂层开裂甚至脱落。在干燥箱中使其表干，时间不低于30min。表干后将样板至于70～90℃环境中烘烤不低于2小时使涂料完全固化。 2.6 涂料性能的检测与表征使用红外发射率测试仪测试已完全固化样板在8~14μm的红外发射率。将样板在600℃高温马弗炉煅烧2500S后再次使用红外发射率测试仪测试样板8~14μm的红外发射率。 3 结果与讨论 3.1 高红外发射率颜填料对涂料性能的影响由表6可以看出，钛合金表面涂装耐高温高红外发射率涂料后可以使其表面的红外发射率提高至0.980。室温时1#涂料红外发射率最高，其在600℃煅烧后红外发射率下降至0.839。涂料的辐射性能与温度密切相关，在工作温度下的红外发射率才能体现涂料的真实红外发射性能。因此，我们在选择配方时，应尽量选择在工作温度下保持较高红外发射率的涂料。虽然2#涂料在室温时发射率低于1#涂料，但其在600℃煅烧后红外发射率降低程度低于1#。原因可能是颜填料在高温煅烧后的形态变化补偿了部分红外发射率损失。3#4#5#相较于1#，无论煅烧前后，红外发射率均低于1#。6#经煅烧后红外发射率下降最为明显，原因是炭黑在经过600℃煅烧后，颜料本身褪色严重，难以达到高的红外发射率。 3.2 树脂体系对涂料耐温性能的影响。对比煅烧前后涂层外观，经高温煅烧后，涂层外表完整，1#涂层颜色无明显变化。并且煅烧前后机械性能良好，无较大变化。这是由于选用本文中溶胶凝胶法制备的树脂体系，涂覆施工后，在钛合金表面能够形成一层致密均匀的涂层，该涂层能将基材与外界无缝隔绝，其所形成的SiO2涂层通过限制气相中的氧的扩散，从而降低氧化膜表面的可用氧，使氧无法通过固态扩散和沿微孔、裂纹或物理断裂进行传输，抑制了钛合金在高温下表面氧化膜的生长，并且提供涂层优秀的机械性能。由图1热失重图我们可以看出涂料在600℃时失重率为8.2385%，在200~400℃失重较为明显，达4.591%。温度超过800℃时，总失重率达为11.14%。在800摄氏度以上，无明显失重。 3.3 颜基比对涂料性能的影响根据表5中数据，我们发现当配方中颜基比为1:1 时，煅烧前后红外发射率变化最低。此时涂料中高红外发射率颜填料用量，能够在最终形成的涂层中均匀的被包覆在SiO2颗粒网状结构之间，由于烷氧基硅烷单体水解液无色，对涂层外观无影响，使高红外发射率颜填料能最大限度的发挥作用。且高红外发射率颜填料加入量在12~17%范围内，可以使所得涂层在不影响成膜性能和施工性能的前提下，保证其在高温环境下不发生起皮，掉落等涂层的破坏。 4 结语通过实验对比发现，当颜填料配比为时，室温时红外发射率最高，但经过高温煅烧后，红外发射率从0.980下降到0.852。使用溶胶—凝胶法制备的有机无机杂化树脂能够保证涂层在高温时不发生褪色、开裂、脱落，能保持良好的机械性能。综上，本文所述方法制成的涂料，其施工工艺简洁容易，涂层固化工艺简洁，在满足耐热、储存、外观等性能要求的同时，能有效的提高涂层的红外发射率。更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：王元《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事投稿联系：编辑部电话：010-62313558-806 邮箱：fsfhzy666@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

钛合金用耐高温高红外发射率涂料的研究

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