一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层及制备方法

本发明属于复合涂层制备，涉及一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层及制备方法。

背景技术：

1、电磁炮通过将电磁能转换为发射载荷所需的瞬时动能，突破了机械能和化学能发射在速度和能量上的极限，是一种新概念动能武器。电磁轨道炮主要包括身管、铝电枢和电源，身管主要由铜合金导轨、绝缘支撑体与外包层组成。其中，绝缘支撑体起到支撑导轨并保证导轨间电气绝缘的作用，高温等离子体烧蚀和铝液烧蚀共同作用会导致支撑体的强度及绝缘性能下降，进而造成整个系统失效。陶瓷材料由于韧性低、可靠性差难以用作支撑体结构材料。目前，绝缘支撑体通常选用比强度高、抗疲劳断裂性好、耐腐蚀的树脂基复合材料，但是其耐高温、抗烧蚀及抗冲蚀能力差是制约电磁炮身管寿命的重要原因。提高绝缘支撑体的机械性能和抗烧蚀性能对提高电磁发射系统性能和效率具有重大意义。

2、在提高树脂基复合材料自身的耐温性基础上，通过在树脂基表面制备热防护涂层，以满足电磁轨道炮的极端工况使用需求。由于环氧树脂基复合材料的分解温度低，对涂层制备工艺提出了很高的要求。目前主流的技术包括化学气相沉积（cvd）、 物理气相沉积（pvd）、溶胶-凝胶法（sol-gel）、冷喷涂、热喷涂。然而气相沉积难以在超大尺寸部件表面制备优质涂层，溶胶-凝胶法所制备的涂层易脆裂剥落、且制备周期长。冷喷涂热量输出更小。相比较而言，热喷涂法（ts）制备陶瓷涂层效率高、成本低且适合大尺寸部件，其是一种通过将涂层原料迅速加热至熔化或熔融状态，然后使颗粒高速撞击基体，熔滴经过铺展、凝固、堆垛形成涂层的技术。按热源种类可将其划分为火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂。目前通过热喷涂技术在树脂基复合材料表面制备陶瓷热防护涂层面临三个突出问题，一是大多以低熔点的金属 zn、al为中间过渡层，无法保证电绝缘性；二是高温熔融颗粒会对树脂基体产生强烈的烧蚀作用，导致层基结合强度低，使用过程中易剥落失效。三是由于中间层选用的树脂耐热性、力学性能较低，满足不了复合涂层的层基结合特性。

3、因此，在低熔点的树脂基复合材料基体表面实现兼具电绝缘与耐烧蚀的陶瓷热防护涂层的制备是提高电磁炮绝缘支撑体寿命与服役可靠性的切实可行的方法。

技术实现思路

1、为了提高树脂基复合材料的无法兼具电绝缘与耐烧蚀的技术问题，本发明目的在于提供一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层及制备方法，该方法制备的复合涂层兼顾电绝缘与耐烧蚀性，能够更好地应用于服役环境严苛的工况。

2、为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：

3、一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、将热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料和纳米氧化铝粉末、去离子水与粘结剂混合，得到混料；

5、将混料球磨后喷雾造粒，得到聚酰亚胺-纳米al2o3复合粉末；

6、采用宽速域高能等离子喷涂技术在树脂基复合材料上交替喷涂聚酰亚胺-纳米al2o3复合粉末和al2o3粉末，得到环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层。

7、进一步的，混料的质量固相含量为25 %。

8、进一步的，粘结剂的质量为混料质量的1-3%，粘结剂为聚乙烯醇或peg。

9、进一步的，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料和纳米氧化铝粉末的总的质量份数为100，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料和纳米氧化铝粉末的质量份数比为（0-80）：（80-0）:20，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料不能同时0。

10、进一步的，热塑性聚酰亚胺粉料的粒径为2-10 μm，热固性聚酰亚胺粉料的粒径为2-10 μm，纳米氧化铝粉末的粒径为20-30 nm。

11、进一步的，树脂基复合材料喷涂前进行预处理：对树脂基复合材料的表面进行喷砂和清洁处理。

12、进一步的，采用宽速域高能等离子喷涂技术在树脂基复合材料上交替喷涂聚酰亚胺-纳米al2o3复合粉末和al2o3粉末，包括以下步骤：先喷涂聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末1遍或多遍，然后喷涂al2o3粉末1遍或多遍，再喷涂聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末1遍或多遍，最后喷涂al2o3粉末1遍或多遍。

13、进一步的，喷涂时，聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末采用外送粉的方式送入射流；al2o3粉末采用内送粉的方式送入射流。

14、进一步的，喷涂时电流为380-420 a，电压为80-90 v，主气为氩气，氩气气体流量为60-65 lmin-1，次气为氢气，氢气气体流量为10-14 lmin-1，喷涂距离为150-180 mm，复合粉末的送粉距离为90-110 mm。

15、一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层，所述复合涂层结合强度最高为20mpa，烧蚀150次后抗弯强度为235 mpa，电阻率最高达到71tω·cm。

16、与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：

17、本发明在复合涂层制备过程中，采用热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料与纳米氧化铝作为原料，形成聚合物-陶瓷复合涂层，可以减小基体与陶瓷层之间的性能差异，保证涂层的高可靠性结合，并减小基体的烧蚀。本发明中加入纳米氧化铝增强填料，改善纳米复合涂层的结合强度、抗等离子烧蚀、抗断裂强度等机械性能。纳米氧化铝的空间位阻效应阻碍了大分子链的移动，有效钉扎裂纹，增大裂纹的扩展阻力，提高了复合材料的强度。本发明中采用交替喷涂的方式，优化复合涂层结构，减小涂层和基体的物性差异。同时有效提升了涂层内聚结合，在满足涂层高结合特性的同时兼具电绝缘与耐烧蚀性，保证复合涂层沉积过程中的高可靠性。

18、进一步的，本发明中添加了热塑性树脂，并改变了复合粉末热塑性、热固性树脂的比例，其中热塑性聚酰亚胺优异的塑性明显提高了复合涂层的结合强度。

技术特征：

1.一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，混料的质量固相含量为25 %。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，粘结剂的质量为混料质量的1-3%，粘结剂为聚乙烯醇或peg。

4.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料和纳米氧化铝粉末的总的质量份数为100，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料和纳米氧化铝粉末的质量份数比为（0-80）：（80-0）:20，热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料不能同时0。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，热塑性聚酰亚胺粉料的粒径为2-10 μm，热固性聚酰亚胺粉料的粒径为2-10 μm，纳米氧化铝粉末的粒径为20-30 nm。

6.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，树脂基复合材料喷涂前进行预处理：对树脂基复合材料的表面进行喷砂和清洁处理。

7.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，采用宽速域高能等离子喷涂技术在树脂基复合材料上交替喷涂聚酰亚胺-纳米al2o3复合粉末和al2o3粉末，包括以下步骤：先喷涂聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末1遍或多遍，然后喷涂al2o3粉末1遍或多遍，再喷涂聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末1遍或多遍，最后喷涂al2o3粉末1遍或多遍。

8.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，喷涂时，聚酰亚胺-纳米氧化铝复合粉末采用外送粉的方式送入射流；al2o3粉末采用内送粉的方式送入射流。

9.根据权利要求1所述的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层的制备方法，其特征在于，喷涂时电流为380-420 a，电压为80-90 v，主气为氩气，氩气气体流量为60-65 lmin-1，次气为氢气，氢气气体流量为10-14 lmin-1，喷涂距离为150-180 mm，复合粉末的送粉距离为90-110 mm。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述方法制备的环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层，其特征在于，所述复合涂层结合强度最高为20 mpa，烧蚀150次后抗弯强度为235mpa，电阻率最高达到71 tω·cm。

技术总结
本发明公开了一种环氧树脂表面交替喷涂嵌入型复合涂层及制备方法，属于复合涂层技术领域，将热塑性聚酰亚胺粉料、热固性聚酰亚胺粉料、纳米氧化铝粉末、去离子水与粘结剂混合，球磨后喷雾造粒，得到聚酰亚胺‑纳米Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合粉末；在树脂基复合材料上交替喷涂聚酰亚胺‑纳米Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合粉末和Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末。本发明中引入聚酰亚胺‑纳米Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;复合材料作为过渡层，保证玻纤增强树脂基复合材料和氧化铝陶瓷层的高结合，提高基体的耐温性和耐磨性。氧化铝在聚合物基纳米复合涂层中呈嵌入结构，结合强度最高达到20 MPa，电阻率最高达到71 TΩ·cm。相比于纯基体，烧蚀150次后抗弯强度为235 MPa，提高了28%，并显示出优异的抗等离子烧蚀性能。

技术研发人员：王玉,刘昡,白宇,王斌,马国政,刘明,王海斗
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/13