一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层及其制备方法技术

技术编号:32131020 阅读:54 留言:0更新日期:2022-01-29 19:30
本发明专利技术公开了一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层及其制备方法,所述涂层包括粘结层、抗氧化层、阻氧传播层和反射隔热层,制备步骤如下:先选择与轻质材料具有相近热膨胀系数的材料,在轻质材料表面制备形成粘结层;然后加热氧化粘结层,使其表面生成致密氧化膜,形成抗氧化层;用陶瓷材料在抗氧化层表面制备形成阻氧传播层;用陶瓷材料在阻氧传播层表面制备形成反射隔热层。本发明专利技术制备的涂层与无人机的机身轻质材料具有匹配的热膨胀系数,通过结合涂层中各层材料极低的热导率、高反射率和极强的阻氧传播性,使无人机机身具有抗氧化性,提高无人机的工作温度,保证其能在火灾救援中使用并能长期服役使用。其能在火灾救援中使用并能长期服役使用。其能在火灾救援中使用并能长期服役使用。

【技术实现步骤摘要】
一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料及涂层制备
,特别是涉及一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着救援无人机的研究及其应用的不断深入和推广,目前其最大起飞重量已经达到了十吨以上,在火灾救援现场使用无人机进行灭火行动、人员救援、通信连接和物质输送等任务能够有效降低传统飞行员执行任务时的危险;同时,救援无人机在城市内进行火灾救援时,具有体积小、易操作、对起飞场地限制小等优势,更适合现代科技及应用的发展趋势。为了有效减小飞行器的自身重量,同时增加其所能携带的物质的量,目前普遍使用不同种类的树脂基复合材料来制作低空飞行器的机身;但是树脂基复合材料存在熔点低、抗高温性能不足容易被火灾现场烟雾腐蚀导致失效等问题,从而限制了其在大型火灾和高温火灾现场的应用。
[0003]由于树脂基复合材料存在熔点低、抗高温性能不足和抗腐蚀性能差等问题,无法在高温环境下服役使用,使用其他轻质材料取代树脂基复合材料是目前最有效的办法之一。碳纤维编织体、钛合金和铝合金等轻质材料具有熔点高、比密度低、韧性强和耐腐蚀等优点,可以替代树脂基复合材料来制作低空飞行救援无人机的机身;然而,在700℃以上的温度范围内,上述轻质材料将会与空气中的氧气反应而导致失效。因此,如何对由碳纤维编织体、钛合金和铝合金等轻质材料制作成的无人机机身进行有效的保护,使其在火灾救援等高温环境下能够长期服役使用,具有十分重要和关键的意义。

技术实现思路
/>[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层及其制备方法,本专利技术制备的涂层具有耐高温、低热导、高反射率和阻氧传播能力强等优点,能解决现有技术中无人机机身树脂基复合材料熔点低而限制其在火灾现场应用的问题,为由轻质材料制成的机身提供有效的隔热防护作用,使得无人机能够在火灾救援等高温、高腐蚀的环境下使用,实现低空飞行,并使其能长期服役。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的,本专利技术第一方面提供一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层的制备方法,所述无人机机身由轻质材料制成,所述轻质材料表面制作有涂层,所述涂层的制备方法为:按先后顺序,在轻质材料表面依次制备形成粘结层、抗氧化层、阻氧传播层和反射隔热层,步骤如下:
[0006](1)选择与轻质材料具有相近热膨胀系数的材料,在轻质材料表面制备形成粘结层;
[0007](2)对粘结层进行加热氧化,使其表面生成致密氧化膜,形成抗氧化层;
[0008](3)用陶瓷材料在抗氧化层表面制备形成阻氧传播层;
[0009](4)用陶瓷材料在阻氧传播层表面制备形成反射隔热层。
[0010]进一步,所述轻质材料选自碳纤维编织体、钛合金和铝合金中的至少一种。
[0011]进一步,所述无人机与轻质材料之间通过乙丙橡胶进行结合。
[0012]进一步,所述步骤(1)中,所述粘结层的原材料为与轻质材料具有相近热膨胀系数的材料,选自铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、铝(Al)、钙(Ca)、硅(Si)、钽(Ta)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)和铪(Hf)Y中的至少一种。优选地,当所述轻质材料为碳纤维编织体时,所述粘结层的原材料选择硅(Si)、镁(Mg)、铝(Al)和钙(Ca)中的至少一种;当所述轻质材料为钛合金时,所述粘结层的原材料选择铝(Al)、钽(Ta)、钒(V)、钇(Y)、锆(Zr)和铪(Hf)中的至少一种;当所述轻质材料为铝合金时,所述粘结层的原材料选择铝(Al)、铁(Fe)、锆(Zr)、铪(Hf)、镁(Mg)、钽(Ta)中的至少一种。更优选地,当所述轻质材料为碳纤维编织体时,所述粘结层的原材料选择硅(Si);当所述轻质材料为钛合金时,所述粘结层的原材料选择铝(Al);当所述轻质材料为铝合金时,所述粘结层的原材料选择铝(Al)。
[0013]进一步,所述步骤(1)中,通过电子束物理气相沉积在轻质材料表面制备形成粘结层。
[0014]进一步,所述步骤(1)中,所述粘结层的制备方法为:通过电子束物理气相沉积在轻质材料表面制备形成粘结层,沉积过程中基板温度为300~500℃,靶基距离为200~400mm,入射角度为30
°
~50
°
,电子的加速电压为20~30kV,真空度低于5
×
10
‑3Pa,沉积速率为50~150nm/min;优选地,靶基距离为250~350mm,入射角度为30
°
~45
°
,电子的加速电压为20~22kV,真空度低于3
×
10
‑3Pa,沉积速率为80~120nm/min。
[0015]进一步,所述步骤(1)中,所述粘结层的厚度为20~100微米,优选为40~100微米,更优选为50~100微米。
[0016]进一步,所述步骤(2)中,将粘结层放置在空气中进行加热氧化,形成抗氧化层。
[0017]进一步,所述步骤(2)中,加热温度为30~300℃。
[0018]进一步,所述步骤(2)中,所述抗氧化层的厚度不超过20微米,优选为8~12微米。
[0019]进一步,所述步骤(3)中,所述陶瓷材料为稀土钽酸盐陶瓷材料;优选地,所述稀土钽酸盐陶瓷材料为ATaO4球形粉体,A为Al、Fe或者稀土元素,所述稀土元素选自Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种;更优选地,所述稀土钽酸盐陶瓷材料选自AlTaO4、YbTaO4、Yb
0.5
Lu
0.5
TaO4、YTaO4、(Sm
1/3
Yb
1/3
Ho
1/3
)TaO4、Yb
1/4
Lu
1/4
Y
1/4
Sc
1/4
TaO4中的至少一种。
[0020]可选地,所述稀土钽酸盐陶瓷材料的制备方法为:以氧化物A2O3和氧化钽Ta2O5为原料,通过高温固相法制备得到球形的ATaO4球形粉体。具体可参考专利技术CN109627000A“稀土钽/铌酸盐(RETa/NbO4)陶瓷粉体及其制备方法”中的方法。
[0021]进一步,所述步骤(3)中,通过大气等离子喷涂技术在抗氧化层表面制备形成阻氧传播层。
[0022]可选地,大气等离子喷涂工艺参数如下:喷枪功率为30~50kW,喷枪距离为80~160mm,氩气和氢气的气体流量分别为3~10slpm、3~10slpm,进料速度为30~50g/min,喷枪速度为80~300mm/s,喷涂时间为1~10min;优选地,喷枪功率为35~45kW,喷枪距离为100~150mm,氩气和氢气的气体流量分别为3~5slpm、3~5slpm,进料速度为35~45g/min,喷枪速度为100~200mm/s,喷涂时间为1~5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火灾低空飞行救援无人机机身轻质材料表面涂层的制备方法,其特征在于,所述无人机机身由轻质材料制成,所述轻质材料表面制作有涂层,所述涂层的制备方法为:按先后顺序,在轻质材料表面依次制备形成粘结层、抗氧化层、阻氧传播层和反射隔热层,步骤如下:(1)选择与轻质材料具有相近热膨胀系数的材料,在轻质材料表面制备形成粘结层;(2)对粘结层进行加热氧化,使其表面生成致密氧化膜,形成抗氧化层;(3)用陶瓷材料在抗氧化层表面制备形成阻氧传播层;(4)用陶瓷材料在阻氧传播层表面制备形成反射隔热层。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述轻质材料选自碳纤维编织体、钛合金和铝合金中的至少一种;和/或,所述无人机与轻质材料之间通过乙丙橡胶进行结合。3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述粘结层的原材料为与轻质材料具有相近热膨胀系数的材料,选自铝、铁、镁、铝、钙、硅、钽、钒、钇、锆和铪中的至少一种;和/或,所述步骤(1)中,通过电子束物理气相沉积在轻质材料表面制备形成粘结层;和/或,所述步骤(1)中,所述粘结层的厚度为20~100微米;和/或,所述步骤(2)中,将粘结层放置在空气中进行加热氧化,形成抗氧化层;和/或,所述步骤(2)中,加热温度为30~300℃;和/或,所述步骤(2)中,所述抗氧化层的厚度不超过20微米。4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述粘结层的制备方法为:通过电子束物理气相沉积在轻质材料表面制备形成粘结层,沉积过程中基板温度为300~500℃,靶基距离为200~400mm,入射角度为30
°
~50
°
,电子的加速电压为20~30kV,真空度低于5
×
10

3Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯晶陈琳张陆洋王建坤屈晨凯利建雨刘杰
申请(专利权)人:云南警官学院
类型:发明
国别省市:

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