[发明专利]一种硅氧比梯度变化的耐高温抗腐蚀复合涂层

说明书

技术领域：

本发明属于材料领域，具体涉及有机树脂、有机硅、无机硅化物和隔热填料的复合材料及其涂层技术，用于低熔点金属或合金(如镁合金和铝合金)的高温隔热和耐腐蚀；特别是一种硅氧比呈梯度变化的耐高温抗腐蚀复合涂层。

 

背景技术：

随着现代军事竞争的日益激烈，对航天器的速度、灵活性提出了更严格的要求，更多的轻合金将被用在航天器上。但由于气动加热引起的高温热环境问题很严重，当高速飞行器以4～5 马赫速度飞行，舱段壳体表面温度可达400～600℃^[1]；而镁合金的耐热性太差，国外较好的WE54也只能耐350℃的高温^[2]。单纯地依靠提高镁合金基体性能的办法是有限的，必须辅以隔热涂层。

现在多使用的有机隔热涂层虽然工作温度可以到达800℃，甚至1000-2000℃，但对于中温段的研究不够^[3]，目前有机隔热涂层的隔热机理主要基于烧蚀理论，但在中温段烧蚀碳化较少，其隔热性能不能完全依靠烧蚀提高，必须辅以低热导率来提高隔热效果。由于现代军事的发展，航天器增程增速使得其使用环境更加恶劣，受到的高速气流冲刷作用更强，而有机隔热涂层与底材结合力较差，易在使用过程中脱落，使得原有的隔热涂层体系无法满足新的要求。

此外，镁合金部件耐蚀性能差，一般情况下镁合金使用都需要进行表面耐蚀防护处理，常用的方法有化学转化膜、微弧氧化膜、有机物涂层等^[4,5]。有机涂层一般用于外表面的处理，具有良好的耐蚀性、工艺简便及装饰美观等优点，使用得最广泛。有机耐蚀涂层主要由有机树脂和颜填料组成，都对其耐蚀性有重要的影响。目前应用较为成功的有机树脂有醇酸类、环氧类、聚酯类、丙烯酸类和聚氨酯类树脂等，如乙烯醇酸树脂常用于碱性环境；丙烯酸则用于含Cl^-环境；醇酸瓷漆用于直接暴露部件；聚氨酯能够提供良好的耐磨性；聚乙烯基缩丁醛树脂、丙烯酸、聚氨酯和乙烯基环氧树脂等比较耐碱腐蚀，对镁合金碱性的腐蚀产物具有良好的抵抗力^[6,7]。

有机耐蚀涂层的失效最主要的原因是树脂老化和腐蚀介质的渗透失效。而有机硅材料抗老化性能优良，热稳定良好，耐候性良好^[8]，因此在本发明中采用有机硅材料作为添加剂和改性剂，不仅可以提高树脂的抗老化性能，还可以通过改善树脂材料与无机填料之间的界面问题，改善其抗渗透性能。

专利CN101306418A在轻质合金基体上先进行微弧氧化，然后通过涂层上涂覆无机填料/有机树脂复合层，而本发明主要效果和特点在于：1.本发明可以在金属基体上直接使用也可以是在阳极氧化、微弧氧化或磷化涂层上面，而且与基体有较好的结合力；2.本发明的涂层中聚倍半硅氧烷可以与树脂反应交联，成为交联点，增加涂层的交联度，提高涂层耐蚀性和耐热性；3.本发明中各层间硅氧比梯度变化，各层间界面应力小，匹配良好，具有良好的抗高温剥落能力。

参考文献

吴大方，王岳武，潘兵等. 高速飞行器轻质防热材料高温环境下的隔热性能研究[J]. 强度与环境. 2011.38(6):1-11.

[2] 肖阳，张新明，陈健美.等. 高强耐热Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的性能. 中南大学学报( 自然科学版)[J]. 2006. 37(5)：850-855.

[3]贾志刚. 树脂基复合材料隔热涂层的研究进展[J]. 材料保护. 2002.35(2)：7-8. 

[4] 吉泽升，辛明德，梁维中等. 压铸镁合金的研究现状及应用前景[J] . 新材料产业，2003 (7) ：19-22.

[5] Mordike B L, Ebert T. Magnesium Properties Applications Potential [J]. Materials Science and Engineering, 2001, A302: 37-45. 

[6] Ghali E. Corrosion and protection of magnesium alloys[J]. Material Science Forum, 2000, (350~351): 261-272.