一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法
2023-05-24 23:15:36
專利名稱：一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法
技術領域：
本發明涉及一種炭/炭複合材料的表面防氧化處理方法，尤其是涉及一種飛機炭
剎車盤的表面防氧化處理方法。
背景技術：
炭/炭複合材料具有優異的高溫力學性能，導熱性能和摩擦磨損性能等特點，但 在45(TC以上的空氣中炭/炭材料就開始顯著氧化，使得各項性能迅速下降，尤其對飛機炭 剎車盤材料還可能導致剎車失效甚至發生事故，因此，必須對炭/炭複合材料進行防氧化 處理，以提高工作穩定性和可靠性，延長使用壽命。 中國專利授權公開號CN 1640852A公開了一種炭/炭複合材料低溫抗氧化方法，
利用磷酸、磷酸二氫鋅、硼酸等配製溶膠液，該方法可將多種具有不同功能的塗層組分有效
地混合、溶解在一起，使得塗層前軀體具有較大的選擇調配性，從而減少浸漬次數，降低塗
層缺陷，提高炭/炭複合材料的抗氧化性能，但溶膠塗層乾燥後收縮，會使塗層產生裂紋，
降低了氧化防護效果，因此這種塗層不能適用於更高溫度下的長期防氧化。 美國專利US 7118805B2描述了一種炭/炭摩擦材料用高溫防氧化塗層的製備方
法，首先是在炭/炭材料外製備一層磷酸鹽塗層，然後再塗覆一層含有硼粉、氮化硼和碳化
硼的塗層，該塗層雖然對飛機炭剎車盤具有良好的氧化防護性能，但由於第二層塗層是以
元素B為主的玻璃塗層，在高溫下B與氧氣反應生成的氧化硼具有較強的揮發性，不利於該
塗層在高溫有氧環境中長時間使用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對現有飛機炭剎車盤材料在高溫有氧環境下 容易氧化，導致材質疏鬆，力學性能、導熱性能以及摩擦性能等各項性能降低，材料失效以 致發生安全事故的不足，提供一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，該方法操作簡便， 可以保證飛機炭剎車盤在高溫有氧環境中具有良好的氧化防護性能。 為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種飛機炭剎車盤的表面防氧 化處理方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟一、將飛機炭剎車盤用蒸餾水超聲清洗乾淨，然後放入乾燥箱烘乾待用；
步驟二、配製磷酸鹽塗層液，並將配製好的磷酸鹽塗層液塗覆在炭剎車盤的非摩 擦部位，形成磷酸鹽塗層； 步驟三、在真空狀態下或預抽真空充惰性保護氣體條件下，對步驟二中的磷酸鹽 塗層進行30(TC 85(TC高溫熱處理，形成底層磷酸鹽塗層； 步驟四、配製以難熔陶瓷粉末為主要原料的陶瓷塗層料漿，並對步驟三中已形成 底層磷酸鹽塗層的飛機炭剎車盤的非摩擦部位再塗覆陶瓷塗層料漿； 步驟五、對步驟四中已塗覆陶瓷塗層料漿的飛機炭剎車盤在真空狀態下或預抽真 空充惰性保護氣體條件下進行45(TC 95(TC高溫熱處理，得到具有防氧化複合塗層的飛
3機炭剎車盤。 上述步驟二中的磷酸鹽塗層液由以下質量百分比的原料經混合攪拌均勻後製得 蒸餾水15 % 45 % ，磷酸20 % 65 % ，氧化硼或硼酸0 % 8 % ;金屬氯化鹽5 % 20 % ， 磷酸鋁或磷酸鋅10% 35%。所述金屬氯化鹽為氯化鋅、氯化鉀或氯化鈉。
上述步驟四中的陶瓷塗層料漿由質量比為l-3 : 1的磷酸鹽塗層液和陶瓷粉末攪
拌均勻後製得，所述磷酸鹽塗層液由以下質量百分比的原料經混合攪拌均勻後製得蒸餾
水15% 45%，磷酸20% 65%，氧化硼或硼酸0% 8%;金屬氯化鹽5% 20%，磷酸鋁
或磷酸鋅10% 35% ;所述陶瓷粉末由以下質量百分比的原料混合研磨均勻後製得氧化
鋁5 % 25 % ，氧化鋯1 % 10 % ，硼化物或硼20 % 60 % ，氧化鈦或氧化矽20 % 40 % ，
碳化矽或矽粉10 % 30%，所述硼化物為碳化硼或氮化硼。 上述步驟三中所述底層磷酸鹽塗層的厚度為50um 200um。 上述步驟五中所述防氧化複合塗層的厚度為50um 300um。 所述陶瓷粉末的粒度小於200目。 上述步驟一中所述烘乾的溫度為90°C 160°C。 本發明與現有技術相比具有以下優點 (1)本發明所需原材料價格低廉，實施工藝簡單，工藝性好，工藝實施成本低。
(2)採用本發明的磷酸鹽塗層，可與對氧化反應有催化性的鉀或鈉等鹼金屬反應 生成穩定的不活潑的磷酸鹽，達到反催化的目的，提高飛機炭剎車盤等C/C複合材料在海 水或鹽霧汙染狀態下的高溫防氧化能力。 (3)採用本發明的陶瓷塗層，其中的硼或硼化物、碳化矽或矽粉在氧化環境中可 吸收空氣中的氧，並在高溫條件下融溶流動，自癒合塗層中的裂紋，有助於保持塗層的完整 性，有效抵抗環境介質中的氧氣。 (4)經過複合塗層處理的尺寸為10X 10X 10mm的飛機炭剎車盤試樣，在70(TC靜 態氧化30h，其氧化失重率為-0. 09% ;動態氧化30h，其氧化失重率為0. 12%。
(5)本發明的複合塗層與飛機炭剎車盤等C/C複合材料之間具有良好的結合性 會g，經過塗層處理的尺寸為10X 10X 10mm的飛機炭剎車盤試樣，在90(TC氧化3min、室溫冷 卻2min，交替進行30次和IIO(TC氧化3min、室溫冷卻2min，交替進行10次的連續熱震後， 塗層未脫落，塗層試樣的氧化失重率為-0. 15%。 (6)經過複合塗層處理的摩擦試環摩擦性能未發生變化，說明該複合塗層對飛機 炭剎車盤的摩擦性能沒有影響。 (7)本發明的防氧化複合塗層工作溫度為450°C IIO(TC，在這一溫度範圍內，塗 層具有良好的防氧化性能。 總之，本發明的複合塗層表面緻密、未發現裂紋、孔洞等缺陷，複合塗層與C/C基 材之間結合性能良好，而且在高溫下塗層具有一定的自癒合能力，可以癒合塗層中的微裂 紋。採用本發明處理過的C/C複合材料具有優異的防氧化能力、防熱衝擊性能、以及耐溼 熱、耐海水腐蝕的性能。 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
以下實施例中的組分均按質量百分比計，以下實施例中的陶瓷粉末的粒度小於200目。
實施例1 將下列組分(質量百分比)蒸餾水40%、磷酸30%、氧化硼5%、磷酸鋁15%和氯 化鉀10%混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液刷塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤 的非摩擦部位，再將其放入烘箱中於9(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於30(rC 進行高溫熱處理，得到厚度為50um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁10%、氧化鋯5%、氮化硼35%、氧化鈦20% 和矽粉30%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸鹽塗
層液陶瓷粉末的質量比為i:i的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒入磷酸鹽塗層液
中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿刷塗在炭剎車盤已塗覆有底層磷酸鹽塗
層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在真空狀態下於45(TC進行高溫熱處理，即 可得到厚度為50um的防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例2 將下列組分(質量百分比)蒸餾水35%、磷酸40%、磷酸鋅15%和氯化鉀10% 混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液噴塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤的非摩擦 部位，再將其放入烘箱中於11(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於55(TC進行高溫 熱處理，得到厚度為100um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁20%、氧化鋯3%、硼粉37%、氧化鈦15% 和炭化矽25%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸鹽 塗層液陶瓷粉末的質量比為2:l的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒入磷酸鹽塗層液 中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿噴塗在炭剎車盤已塗覆有底層磷酸鹽塗 層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在惰性氣體保護下於70(TC進行高溫熱處 理，即可得到厚度為100um的防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例3 將下列組分(質量百分比)蒸餾水30%、磷酸50%、硼酸3%、磷酸鋁10%、氯化 鈉7%混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液刷塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤的 非摩擦部位，再將其放入烘箱中於16(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於65(TC進 行高溫熱處理，得到厚度為150um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁15%、氧化鋯8%、炭化硼42%、氧化矽 20%、矽粉15%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸 鹽塗層液陶瓷粉末的質量比為3:l的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒入磷酸鹽塗層 液中，攪拌均勻形成磷酸鹽塗層料漿，將磷酸鹽塗層液用刷塗的方法在炭剎車盤已塗覆有 底層磷酸鹽塗層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在真空狀態下於80(TC進行 高溫熱處理，即可得到厚度為150um的防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例4
將下列組分(質量百分比)蒸餾水20%、磷酸65%、磷酸鋁10%和氯化鈉5%混 合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液噴塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤的非摩擦部 位，再將其放入烘箱中於13(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於80(TC進行高溫熱 處理，得到厚度為200um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁5%、氧化鋯10%、硼50%、氧化矽25%和 矽粉10%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸鹽塗層
液陶瓷粉末的質量比為1.5 : i的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒入磷酸鹽塗層液
中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿噴塗在炭剎車盤已塗覆有底層磷酸鹽塗
層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在惰性氣體保護下於90(TC進行高溫熱處 理，即可得到厚度為200um的防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例5 將下列組分(質量百分比)蒸餾水45%、磷酸35%、硼酸2%、磷酸鋅10%和氯 化鈉8%混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液噴塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤 的非摩擦部位，再將其放入烘箱中於15(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於85(rC 進行高溫熱處理，得到厚度為120um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁10%、氧化鋯6%、炭化硼40%、氧化鈦25% 和矽粉19%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸鹽塗 層液陶瓷粉末的質量比為2.5 : l的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒入磷酸鹽塗層液 中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿噴塗在炭剎車盤已塗覆有底層磷酸鹽塗 層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在真空狀態下於95(TC進行高溫熱處理，即 可得到厚度為120um的防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例6 將下列組分(質量百分比)蒸餾水15%、磷酸22%、硼酸8%、磷酸鋅35%和氯 化鈉20%混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液噴塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤 的非摩擦部位，再將其放入烘箱中於16(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於300°C 進行高溫熱處理，得到厚度為180um的底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁5%、氧化鋯1%、炭化硼24%、氧化鈦或氧 化矽40%、碳化矽或矽粉30%混合研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為
溶液，按磷酸鹽塗層液陶瓷粉末的質量比為i:i的比例將研磨均勻的難熔陶瓷粉末倒
入磷酸鹽塗層液中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿噴塗在炭剎車盤已塗覆
有底層磷酸鹽塗層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在真空狀態下於45(TC進 行高溫熱處理，即可得到厚度為180um防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
實施例7 將下列組分(質量百分比)蒸餾水45%、磷酸20%、硼酸5%、磷酸鋅10%和氯 化鈉20%混合攪拌均勻得磷酸鹽塗層液，將磷酸鹽塗層液噴塗在清洗乾淨的飛機炭剎車盤 的非摩擦部位，再將其放入烘箱中於9(TC烘乾，然後置於高溫爐中在真空狀態下於85(rC 進行高溫熱處理，得到厚度為80um底層磷酸鹽塗層。 再將下列組分(質量百分比)氧化鋁25%、氧化鋯10%、炭化硼35%、氧化鈦 或氧化矽20%、碳化矽或矽粉10%混合、研磨均勻得難熔陶瓷粉末，以上述的磷酸鹽塗層液作為溶液，按磷酸鹽塗層液陶瓷粉末的質量比為i:i的比例將研磨均勻的難熔陶瓷 粉末倒入磷酸鹽塗層液中，攪拌均勻形成陶瓷塗層料漿，將陶瓷塗層料漿噴塗在炭剎車盤 已塗覆有底層磷酸鹽塗層的非摩擦部位，然後將炭剎車盤置於高溫爐中在真空狀態下於
95(TC進行高溫熱處理，即可得到厚度為80um防氧化性能優良的防氧化複合塗層。
上述實施例的工藝流程如圖1所示。 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬於本發明技術方 案的保護範圍內。
權利要求
一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、將飛機炭剎車盤用蒸餾水超聲清洗乾淨，然後放入乾燥箱烘乾待用；步驟二、配製磷酸鹽塗層液，並將配製好的磷酸鹽塗層液塗覆在炭剎車盤的非摩擦部位，形成磷酸鹽塗層；步驟三、在真空狀態下或預抽真空充惰性保護氣體條件下，對步驟二中的磷酸鹽塗層進行300℃～850℃高溫熱處理，形成底層磷酸鹽塗層；步驟四、配製以難熔陶瓷粉末為主要原料的陶瓷塗層料漿，並對步驟三中已形成底層磷酸鹽塗層的飛機炭剎車盤的非摩擦部位再塗覆陶瓷塗層料漿；步驟五、對步驟四中已塗覆陶瓷塗層料漿的飛機炭剎車盤在真空狀態下或預抽真空充惰性保護氣體條件下進行450℃～950℃高溫熱處理，得到具有防氧化複合塗層的飛機炭剎車盤。
2. 按照權利要求1所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於，步 驟二中的磷酸鹽塗層液由以下質量百分比的原料經混合攪拌均勻後製得蒸餾水15% 45% ，磷酸20% 65% ，氧化硼或硼酸0% 8% ;金屬氯化鹽5% 20% ，磷酸鋁或磷酸鋅 10% 35%。
3. 按照權利要求2所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於，所 述金屬氯化鹽為氯化鋅、氯化鉀或氯化鈉。
4. 按照權利要求1所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於步 驟四中的陶瓷塗層料漿由質量比為1-3 : 1的磷酸鹽塗層液和陶瓷粉末攪拌均勻後製得， 所述磷酸鹽塗層液由以下質量百分比的原料經混合攪拌均勻後製得蒸餾水15% 45%， 磷酸20 % 65 % ，氧化硼或硼酸0 % 8 % ;金屬氯化鹽5 % 20 % ，磷酸鋁或磷酸鋅 10% 35% ;所述陶瓷粉末由以下質量百分比的原料混合研磨均勻後製得氧化鋁5% 25 % ，氧化鋯1 % 10 % ，硼化物或硼20 % 60 % ，氧化鈦或氧化矽20 % 40 % ，碳化矽或 矽粉10% 30%，所述硼化物為碳化硼或氮化硼。
5. 按照權利要求1所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於步 驟三中所述底層磷酸鹽塗層的厚度為50um 200um。
6. 按照權利要求1所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於步 驟五中所述防氧化複合塗層的厚度為50um 300um。
7. 按照權利要求1或4所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於 所述陶瓷粉末的粒度小於200目。
8. 按照權利要求1所述的一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，其特徵在於步 驟一中所述烘乾的溫度為90°C 160°C。
全文摘要
本發明公開了一種飛機炭剎車盤的表面防氧化處理方法，包括以下步驟首先是在需要處理的材料表面塗覆一層磷酸鹽塗層液，高溫熱處理後形成底層磷酸鹽塗層，再在底層磷酸鹽塗層表面塗覆一層以難熔陶瓷粉末為主要原材料，以磷酸鹽塗層液為溶液的料漿塗層，最後經高溫熱處理後形成複合塗層。本發明中的複合塗層具有反催化的作用，可以提高飛機炭剎車盤等C/C複合材料在海水或鹽霧汙染狀態下的高溫防氧化能力；同時複合塗層中的陶瓷組分在高溫下融溶流動，有效癒合了塗層中裂紋，延緩了氧氣與炭/炭材料接觸的時間，提高了複合塗層的抗氧化性能力。
文檔編號F16D69/02GK101712563SQ20091021952
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者彭志剛, 潘向濤, 肖志超, 蘇君明, 薛寧娟 申請人:西安超碼科技有限公司