一种抗氧化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗氧化涂层及其制备方法，该涂层为单层或双层，单层涂层包含SiC和AlPO4，其中按照质量百分比，SiC为20～50％，AlPO4为10～30％，余量为ZrB2或ZrC的一种；双层涂层由上述的单层作为里层，外层包含SiC、B4C、AlPO4，其中按照质量百分比，SiC为35～50％，B4C为20～38％，AlPO4为20～40％。本发明专利技术采用Al(H2PO4)3水溶液为粘结剂，通过浆料涂覆法，经过固化和热处理步骤在碳材料基体表面制得抗氧化涂层。单层涂层厚度15～45um，双层涂层厚度30～80um，涂层厚度可控，不易脱落，可达到较好的抗氧化效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种涂层及其制备方法，特别是。
技术介绍
航空发动机、满轮机叶片等结构材料在高溫下作业时，极易受到氧化和腐蚀，提高 基体材料的抗氧化性能对于推进其在各自领域的应用，具有重大的现实意义。 W碳基体为例（其他材料基体如合金类等也面临运样的问题），尽管C/SiC复合材 料具有种种优异性能，如低密度、高强度、低热膨胀系数、高的耐热冲击性等，运些性能使得 它们能够胜任于极端环境，但是碳纤维在高于40(TC的氧化气氛中会快速氧化，导致复合材 料性能下降甚至失效，大大限制了其在高溫氧化条件下的使用。针对碳纤维复合材料的特 点，当前已形成一系列涂层制备的方法，主要包括化学气相沉积法（CVD)、等离子喷涂、包埋 法、溶胶凝胶（Sol-Gel)法、浆料法等。 采用化学气相沉积制备C/SiC复合材料涂层技术较成熟，但成本高、制备周期 长，效率较低。采用等离子喷涂技术可W制备高烙点物质的涂层，相关文献Supersonic flame ablation resist曰nee of W/ZrC coating deposited on C/SiC composites by atmosphere plasma spraying (Bo Wen, Zhuang Ma)，在C/SiC复合材料表面通过等离子喷 涂制备W/ZrC双涂层体系，但涂层内部层状结构导致密度不高，并且成分可选则度低、涂层 局限于固定的几种物质。包埋法制备涂层时反应溫度相对较高，损害纤维性能，而且冷却过 程中涂层内容易产生裂纹。溶胶凝胶（Sol-Gel)法制备涂层时，干燥过程中涂层收缩大，较 多裂纹产生，影响涂层抗氧化性能，如申请号为201410701284. 7的专利，公开了一种C/SiC 复合材料表面涂层体系及其制备方法。配制Al2〇3-Si化复合溶胶，C/SiC通过浸溃提拉获得 一定厚度的涂层，再经干燥、般烧获得涂层，但是溶胶涂层干燥后收缩，产生裂纹，且通过提 拉法制备的涂层不够致密，从而降低氧化防护效果。W上几种方法各有优缺点，而浆料涂覆 法在一定程度上可弥补运些不足。 考虑到C/SiC复合材料的应用背景，所W利用浆料涂覆法制备抗氧化涂层时，粘 结剂的高溫性能成为极其重要的评价指标。常用的粘结剂包括树脂类、娃酸盐、憐酸盐等。 但树脂类的粘结剂往往耐高溫性较差，娃酸盐和憐酸盐两类粘结剂均可耐高溫l〇〇〇°CW 上。 申请号为201410564591. 6的专利，公开了一种稀±娃酸盐涂料及C/SiC复合材料 表面制备涂层的方法。利用化学气相反应机理合成了娃酸锭涂层和娃酸镜涂层，但制备过 程复杂，原料与设备制约其应用范围。 相比之下，憐酸盐具有固化溫度低、收缩率小、耐高低溫、抗氧化、高强度等特点， 因而成为浆料涂覆法制备抗氧化涂层粘结剂的较好选择。憐酸盐类粘结剂种类较多，其中， 含侣的憐酸盐粘结剂强度和粘结性能都较优良，其应用与研究也最多。 在浆料涂覆法的应用中，有关憐酸侣类作为粘结剂在碳纤维复合材料表面制备涂 层并不多见。 如申请号为200810022008. 2的专利，公开了 一种碳/碳复合材料航空刹车件的氧 化防护空气阻断层涂料，其利用憐酸二氨侣和娃溶胶作为溶剂，通过浆料涂覆在碳/碳复 合材料航空刹车件表面形成良好的空气组断层，但所用粉料种类繁多，制备复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单可行、低成本、高 致密、耐高溫的抗氧化涂层，同时提供该抗氧化涂层的具有工程应用普适性的制备方法。 为解决上述技术问题，本专利技术采用W下技术方案： 一种抗氧化涂层，该涂层为单层或双层，单层涂层包含sic和aip〇4,其中按照质量 百分比，SiC为20~50%，A1P04为10~30%，余量为ZrBz或ZrC的一种；双层涂层由上 述的单层作为里层，外层包含SiC、8典、A1P04,其中按照质量百分比，SiC为35~50%，B4C 为 20 ~38%，A1P04为 20 ~40%。进一步的，所述单层涂层中，Z巧2质量含量为40~68%。 进一步的，所述单层涂层中，ZrC质量含量为20~45 %。 进一步的，所述单层涂层厚度为15~45um，双层涂层厚度为30~80um。 一种上述的抗氧化涂层的制备方法，包括单层涂层的制备步骤，具体为： (1)将粉料与粘结剂按比例混合，配制成浆料；所述粘结剂为AUH2PO4)冰溶液， 所述粉料为SiC、ZrBz、ZrC; (2)将步骤（1)得到的浆料涂覆于碳/碳化娃复合材料表面，置于烘箱内固化； 做将步骤似得到的样品在真空炉中热处理，处理溫度900。最终制备出碳/ 碳化娃复合材料抗氧化涂层。 进一步的，还包括双层涂层的制备步骤，在完成步骤似后，再将外层涂层中粉料 与粘结剂按比例混合，然后重复步骤（1)、（2)，继而进行步骤（3);其中，外层涂层的粉料为 SiC、8典，粘结剂为A1 (町〇4)冰溶液。 进一步的，所述步骤（1)中，配制浆料时，通过磁力揽拌器混合均匀。 进一步的，所述步骤似中，浆料固化溫度为120。时间为地~化。 进一步的，所述步骤（3)中，样品在真空炉中热处理时，升溫速率为10°C/min,降 溫速率不超过10°C/min。 进一步的，所述A1化口〇4)3水溶液中溶质质量含量为40~60%;所述粉料中SiC、 Z巧2、ZrC、B4C的平均粒度不大于15um。本专利技术的有益效果： 本专利技术W碳/碳化娃复合材料为基体，采用浆料涂覆法，制备单层或双层抗氧化 涂层，解决了W往等离子喷涂、CVD等方法制备涂层成本高、成分可选则度低等问题。本专利技术 在碳/碳化娃复合材料表面制备完整的涂层，单层涂层厚度15~45um，双层涂层厚度30~ 80um，厚度可控，不易脱落，制备工艺简单，成本低，成分可选性高，并达到较好的抗氧化效 果。【附图说明】 图1是实施例7制备的抗氧化涂层截面的微观形貌； 图2是实施例7制备的涂层氧化后的表面形貌； 图3是实施例7制备的涂层氧化后的选区能谱分析； 图4是C/SiC基体1000°C空气氧化化W及实施例4、实施例7于1200°C空气中氧 化化后的失重率-时间曲线图。【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明，并不用来 限定本专利技术的实施范围。 阳0巧实施例1 一种单层抗氧化涂层，其原料由SiC、Z巧2、A1化?〇4)3、&〇组成，各成分按如下质 量百分比混合。阳的日]通过磁力揽拌器制得均匀浆料，并将浆料涂覆于碳/碳化娃复合材料表面，置于 烘箱内固化，固化溫度12(TC，时间为地~6h。将固化后的样品置于真空炉中热处理，处理 溫度为900°C，升溫速率为1当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗氧化涂层，其特征在于：该涂层为单层或双层，单层涂层包含SiC和AlPO4，其中按照质量百分比，SiC为20～50％，AlPO4为10～30％，余量为ZrB2或ZrC的一种；双层涂层由上述的单层作为里层，外层包含SiC、B4C、AlPO4，其中按照质量百分比，SiC为35～50％，B4C为20～38％，AlPO4为20～40％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉付，周颖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32