一种激光防护涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光防护涂层及其制备方法，属于防护涂层技术领域。所述涂层包括依次层叠的Ni/Al层、Al2O3层、Al/Al2O3复合层及Al层，其中，所述Ni/Al层由镍包铝粉末制成，所述Al/Al2O3复合层由Al和Al2O3的混合粉末制成。该涂层不含有杂相，与设计成分保持高度的一致，涂层与基体界面结合紧密，具有较高的结合强度，可达到12MPa。该涂层可有效抵御1kW/cm

【技术实现步骤摘要】
一种激光防护涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种激光防护涂层及其制备方法，属于防护涂层

技术介绍
高功率(高能)固体激光器以其峰值功率高、结构紧凑等特点,在民用(如工业激光材料加工、切割、热处理)、军用(如测距、激光雷达、光电对抗)和空间通信等方面具有重要的应用前景。高能激光武器具有传播速度高、转移火力快、发射无后坐力、发射精度高、杀伤威力大、抗干扰能力强等特点成为飞行器等各类武器装的致命杀手。2012年12月10日，美国洛克西德马丁公司对ADAM区域激光武器原型机进行了测试，成功摧毁了一枚从1.6公里外飞来的火箭弹，高能激光从照射开始，到击毁火箭弹，仅用了3秒，拦截时间几乎只有预计时间的一半。随着高能激光武器逐渐进入实战应用阶段，激光防护技术研究备受关注。通过材料技术进行激光防护主要包括薄膜、结构加固和涂层等三种类型。薄膜类主要针对卫星光学系统和光电传感器的反激光防护，主要采用在光学和传感器表面镀制薄膜的方法，这些薄膜反射能力甚至高达99.8％，可有效的抵抗高能激光的长时辐照，然而薄膜沉积技术对设备要求高，加工成本很高，无法满足大尺寸异型件的工程化制备。结构加固类主要指通过结构设计实现结构功能一体化，达到激光防护目的，如美国98年报道的对飞机某些敏感部位设计为板材外加金属网来实现激光防护，金属网根据需求可设计为多层。通用电器公司生产的一种抗激光加固材料由多层薄的可反射激光的石墨组成，每层石墨就如同镜面，能将激光能量反射掉，但石墨易氧化导致表面粗糙度降低，反射性能降低。涂层技术是激光防护最有效的方式之一，并且可采用等离子喷涂进行施工，其应用成本最低。目前，通常采用常规大气等离子喷涂以ZrO2为有效成分的涂料的方式形成防护涂层，实现对高能激光的防护。现有防护涂层中夹杂有杂相与基体结合力较差(约为10MPa)，经1kW/cm2激光辐照30s后，易出现开裂、翘起或者剥落等缺陷；涂层激光反射效果不理想(反射率约50％左右)。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种激光防护涂层及其制备方法，该涂层能有效抵御1kW/cm2激光辐照，经30s激光辐照后，涂层保持完好，仅出现轻微烧蚀，涂层无开裂、翘起或者剥落等缺陷产生，同时涂层中不含有杂相，与设计成分保持高度的一致，涂层与基体界面结合紧密，具有较高的结合强度，可达到12MPa。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种激光防护涂层，包括依次层叠的Ni/Al层、Al2O3层、Al/Al2O3复合层及Al层，其中，所述Ni/Al层由镍包铝粉末制成，所述Al/Al2O3复合层由Al和Al2O3的混合粉末制成。在一可选实施例中，所述Ni/Al层厚度为0.05～0.5mm，孔隙率≤5％。在一可选实施例中，所述Ni/Al层中镍和铝的质量比为1:0.25～4。在一可选实施例中，所述Al2O3层厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％。在一可选实施例中，所述Al/Al2O3复合层厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％。在一可选实施例中，所述Al/Al2O3复合层中Al和Al2O3的质量比为1:1～10:1。在一可选实施例中，所述Al层的厚度为0.1～0.2mm，孔隙率≤3％。一种激光防护涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)在基材表面喷涂镍包铝粉末，制成Ni/Al层；(2)在所述Ni/Al层表面喷涂Al2O3粉末，制成Al2O3层；(3)在所述Al2O3层表面喷涂Al和Al2O3的混合粉末，制成Al/Al2O3复合层；(4)在所述Al/Al2O3复合层表面喷涂Al粉末，制成Al层，从而得到激光防护涂层。在一可选实施例中，采用低压等离子喷涂方式制成各层。在一可选实施例中，步骤(1)所述的在基材表面喷涂镍包铝粉末之前，还包括：对基材表面进行喷砂处理，其中，砂粒尺寸为16-64目，喷砂压力为0.1-0.6MPa，喷砂距离为70-200mm，喷砂角度为60～90°；采用等离子弧对喷砂处理后的基材进行预热处理，预热温度为50～130℃。在一可选实施例中，步骤(1)所述的在基材表面喷涂镍包铝粉末，包括：将在基材置于真空室内，采用低压等离子喷涂方式在基材表面喷涂镍包铝粉末，其中真空室压力为400～800mbar，主气Ar流量为50～80L/min，辅气He流量为5～20L/min，工作电压78～85V，工作电流450～520A，送粉载气流量为4～6L/min，送粉量为30～80g/min，喷涂距离为90～200mm，喷涂角度为70°～90°。在一可选实施例中，步骤(2)所述的在所述Ni/Al层表面喷涂Al2O3粉末，包括：将在基材置于真空室内，采用低压等离子喷涂方式在所述Ni/Al层表面喷涂Al2O3粉末，其中真空室压力200～600mbar，主气Ar流量为45～85L/min，辅气He流量为5～25L/min，工作电压75～90V，电流450～520A，送粉载气Ar气流量为2～5L/min，送粉量为25～60g/min，喷涂距离为100～240mm，喷涂角度为70°～90°。在一可选实施例中，步骤(3)所述的在所述Al2O3层表面喷涂Al和Al2O3的混合粉末，包括：将在基材置于真空室内，采用低压等离子喷涂方式在所述Al2O3层表面喷涂Al和Al2O3混合粉末，其中真空室压力300～800mbar，主气Ar流量为45～80L/min，辅气He流量为5～15L/min，工作电压72～85V，电流430～510A，送粉载气Ar气流量为3～6L/min，送粉量为30～70g/min，喷涂距离为80～200mm，喷涂角度为70°～90°。在一可选实施例中，步骤(4)所述的在所述Al/Al2O3复合层表面喷涂Al粉末，包括：将在基材置于真空室内，采用低压等离子喷涂方式在所述Al/Al2O3复合层表面喷涂Al粉末，其中真空室压力300～800mbar，主气Ar流量为70～110L/min，辅气He流量为2～7L/min，工作电压40～65V，电流300～450A，送粉载气Ar气流量为3～8L/min，送粉量为50～80g/min，喷涂距离为150～260mm，喷涂角度为70°～90°。在一可选实施例中，所述镍包铝粉末的粒径为30～75μm；所述Al2O3粉末的粒径为20～75μm；所述Al粉末的粒径为45～105μm。在一可选实施例中，所述Ni/Al层厚度为0.05～0.5mm，孔隙率≤5％；所述Al2O3层厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％；所述Al/Al2O3复合层的厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％；所述Al层的厚度为0.1～0.2mm，孔隙率≤3％。本专利技术具有如下有益效果：(1)如图1和2所示，本专利技术提供的激光防护涂层能有效抵御1kW/cm2激光，经激光辐照30s后，涂层保持完好，仅出现轻微烧蚀，涂层无开裂、翘起或者剥落等缺陷产生；(2)如图3和4所示，本专利技术提供的激光防护涂层纯度高、不含有杂相，与设计成分保持高度的一致；(3)本专利技术提供的激光防护涂层界面结合紧密，具有较高的结合强度，可达到12MPa；(4)本专利技术提供的激光防护涂层具有良好的隔热性能，经过30s辐照后，基体背温约141℃，可有效保障低熔点铝合金基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光防护涂层，其特征在于，包括依次层叠的Ni/Al层、Al2O3层、Al/Al2O3复合层及Al层，其中，所述Ni/Al层由镍包铝粉末制成，所述Al/Al2O3复合层由Al和Al2O3的混合粉末制成。

【技术特征摘要】
1.一种激光防护涂层，其特征在于，包括依次层叠的Ni/Al层、Al2O3层、Al/Al2O3复合层及Al层，其中，所述Ni/Al层由镍包铝粉末制成，所述Al/Al2O3复合层由Al和Al2O3的混合粉末制成。2.根据权利要求1所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Ni/Al层厚度为0.05～0.5mm，孔隙率≤5％。3.根据权利要求1或2所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Ni/Al层中镍和铝的质量比为1:0.25～4。4.根据权利要求1所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Al2O3层厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％。5.根据权利要求1所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Al/Al2O3复合层厚度为0.2～1.0mm，孔隙率为5～10％。6.根据权利要求1或5所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Al/Al2O3复合层中Al和Al2O3的质量比为1:1～10:1。7.根据权利要求1所述的激光防护涂层，其特征在于，所述Al层的厚度为0.1～0.2mm，孔隙率≤3％。8.一种激光防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基材表面喷涂镍包铝粉末，制成Ni/Al层；(2)在所述Ni/Al层表面喷涂Al2O3粉末，制成Al2O3层；(3)在所述Al2O3层表面喷涂Al和Al2O3的混合粉末，制成Al/Al2O3复合层；(4)在所述Al/Al2O3复合层表面喷涂Al粉末，制成Al层，从而得到激光防护涂层。9.根据权利要求8所述的激光防护涂层的制备方法，其特征在于，采用低压等离子喷涂方式制成各层。10.根据权利要求9所述的激光防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的在基材表面喷涂镍包铝粉末之前，还包括：对基材表面进行喷砂处理，其中，砂粒尺寸为16-64目，喷砂压力为0.1-0.6MPa，喷砂距离为70-200mm，喷砂角度为60～90°；采用等离子弧对喷砂处理后的基材进行预热处理，预热温度为50～130℃。11.根据权利要求10所述的激光防护涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的在基材表面喷涂镍包铝粉末，包括：将在基材置于真空室内，采用低压等离子喷涂方式在基材表面喷涂镍包铝粉末，其中真空室压力为400～800mbar，主气Ar流量为50～80L/min，辅气He流量为5～20L/min，工作电压78～85V，工作电流450～520A，送粉载气流量为4～6L/min，送粉量为30～80g/min，喷涂距...

【专利技术属性】
技术研发人员：文波，曾一兵，倪立勇，杨震晓，曲栋，马康智，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11