一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，具体为：将GO粉末倒入玻璃容器中，并在容器中加入去离子水，然后搅拌均匀；将C/C复合材料指尖密封放置在装有丙酮溶液的超声波清洗机中清洗；将清洗后的C/C复合材料指尖密封表面涂敷GO溶液，并将涂覆有GO溶液的C/C复合材料指尖密封进行干燥；将干燥后的C/C复合材料指尖密封放置在飞秒激光加工系统中，根据C/C复合材料指尖密封结构轮廓，规划激光扫描路径轨迹，基于高重频飞秒激光的光热作用实现LIG涂层的可控制备。本发明专利技术所制备的LIG涂层凭借其优异的物理和电化学防腐作用，可应用于航空发动机C/C复合材料指尖密封，提升航空发动机复合材料密封件的使用寿命和可靠性。寿命和可靠性。寿命和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法


[0001]本专利技术属于激光微加工
，涉及一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法。

技术介绍

[0002]指尖密封是近年来提出的可应用于航空发动机气路和主轴密封的新型柔性密封形式，随着航空发动机技术的发展，密封材料的使用工况越来越苛刻，传统的高温合金材料不能够适应新的工艺要求。在众多的密封材料中，碳/碳(C/C)复合材料以其独特的自润滑性、良好的耐磨性、热膨胀系数小、抗热蠕变性能好等特点，成为制造高性能指尖密封的首选材料。但是当环境温度高于350℃时，C/C复合材料在有氧环境下将被氧化，且温度越高，氧化越剧烈，从而迅速降低材料的各项物理化学性能指标，最终随着氧化时间的延长导致复合材料毁灭性破坏，这很大程度上限制了C/C复合材料的应用。因此，C/C复合材料的高温氧化防护是其实现工程化应用的关键。表面涂层技术是C/C复合材料实现长时间高温抗氧化的有效途径。石墨烯制备技术可增强C/C复合材料构件在复杂高温环境下服役的稳定性，由于石墨烯的小尺寸效应，可以填充到基体材料表面的缺陷当中，减少表面孔隙率，并增强致密性，进一步延缓或阻止腐蚀因子的浸入。石墨烯层与层之间有良好的润滑作用，石墨烯的片层结构可以将涂层分割成许多小区间，能够有效地降低涂层内部应力，消耗断裂能量，进而提高涂层的柔韧性、抗冲击性和耐磨性。另外，石墨烯片层结构亦能够保证涂层间有较好的电化学接触，形成导电网络，提供更佳的电化学保护。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，具有通过扫描氧化石墨烯(GO)制备激光诱导石墨烯(LIG)涂层，依靠LIG涂层的物理和电化学防腐作用提升C/C复合材料指尖密封在高温环境下的抗氧化性能的特点。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0005]步骤1、将GO粉末倒入玻璃容器中，并在容器中加入去离子水，然后将GO溶液搅拌均匀；
[0006]步骤2、将C/C复合材料指尖密封放置在装有丙酮溶液的超声波清洗机中清洗，清洗后从超声波清洗机中取出C/C复合材料；
[0007]步骤3、将步骤2清洗后的C/C复合材料指尖密封表面涂敷步骤1中的GO溶液，并将涂覆有GO溶液的C/C复合材料进行干燥；
[0008]步骤4、将步骤3干燥后的C/C复合材料指尖密封放置在飞秒激光加工系统中，根据C/C复合材料指尖密封结构轮廓，规划激光扫描路径轨迹，基于高重频飞秒激光的光热作用实现LIG涂层的可控制备。
[0009]步骤1中GO粉末为改进Hummer法冷冻干燥制备而成的高纯度单层GO，GO溶液的浓
度为2mg/ml。
[0010]步骤2中C/C复合材料由纤维、基体及界面层组成，其主要成分为聚丙烯腈基碳纤维。
[0011]C/C复合材料先以细编穿刺的方法制备得到碳纤维编织物，然后经低压、高压沥青浸渍、碳化、石墨化工艺得到。
[0012]步骤3中，在在室温环境下进行干燥，时间为24小时，直到C/C复合材料指尖密封中的水分完全蒸发。
[0013]步骤4中：飞秒激光加工系统包括高重频全固态飞秒脉冲激光器，计算机与高重频全固态飞秒脉冲激光器连接；高重频全固态飞秒脉冲激光器发出的激光依次通过小孔光阑，快门，到达分光棱镜，分光棱镜将激光分为两束，其中一束到达功率计，另一束通过第一反射镜和第二反射镜的反射，到达扩束镜，经第三反射镜后到达扫描振镜；通过扫描振镜辐照固定在三轴运动平台上的样品，扫描振镜以及三轴运动平台通过控制计算机控制。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术选择飞秒激光在C/C复合材料表面通过扫描GO制备LIG涂层，实现了飞秒激光在C/C复合材料表面石墨烯制备实验与工艺上的创新与突破。涂层制备工艺简单，价格低廉且效率高。本专利技术所制备的LIG涂层凭借其优异的物理和电化学防腐作用，可应用于航空发动机C/C复合材料指尖密封，提升航空发动机复合材料密封件的使用寿命和可靠性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面LIG涂层制备流程示意图；
[0017]图2是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中飞秒激光加工系统光路示意图；
[0018]图3是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面的扫描电子显微镜图；
[0019]图4是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面的透射电子显微镜图；
[0020]图5是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面的原子力显微镜图；
[0021]图6是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面的元素能谱、拉曼和热重分析表征结果图；
[0022]图7是本专利技术复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法中C/C复合材料指尖密封表面LIG涂层制备效果图。
[0023]图中：1.计算机，2.高重频全固态飞秒激光器，3.小孔光阑，4.快门，5.分光棱镜，6.功率计，7.第一反射镜，8.第二反射镜，9.扩束器，10.第三反射镜，11.扫描振镜，12.样品，13.三轴运动平台，14.控制计算机。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0025]如图1所示，一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0026]步骤1、将GO粉末倒入玻璃容器中，并在容器中加入去离子水，然后将GO溶液搅拌均匀；
[0027]步骤2、将C/C复合材料指尖密封放置在装有丙酮溶液的超声波清洗机中清洗，清洗后从超声波清洗机中取出C/C复合材料；
[0028]步骤3、将步骤2清洗后的C/C复合材料指尖密封表面涂敷步骤1中的GO溶液，并将涂覆有GO溶液的C/C复合材料进行干燥；
[0029]步骤4、将步骤3干燥后的C/C复合材料指尖密封放置在飞秒激光加工系统中，根据C/C复合材料指尖密封结构轮廓，规划激光扫描路径轨迹，基于高重频飞秒激光的光热作用实现LIG涂层的可控制备。
[0030]步骤1中GO粉末为改进Hummer法冷冻干燥制备而成的高纯度单层GO，GO溶液的浓度为2mg/ml。
[0031]步骤2中C/C复合材料由纤维、基体及界面层组成，其主要成分为聚丙烯腈基碳纤维。
[0032]C/C复合材料先以细编穿刺的方法制备得到碳纤维编织物，然后经低压、高压沥青浸渍、碳化、石墨化工艺得到。
[0033]步骤3中，在在室温环境下进行干燥，时间为24小时，直到C/C复合材料指尖密封中的水分完全蒸发。
[0034]如图2所示，步骤4中：飞秒激光加工系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、将GO粉末倒入玻璃容器中，并在容器中加入去离子水，然后将GO溶液搅拌均匀；步骤2、将C/C复合材料指尖密封放置在装有丙酮溶液的超声波清洗机中清洗，清洗后从超声波清洗机中取出C/C复合材料；步骤3、将步骤2清洗后的C/C复合材料指尖密封表面涂敷步骤1中的GO溶液，并将涂覆有GO溶液的C/C复合材料进行干燥；步骤4、将步骤3干燥后的C/C复合材料指尖密封放置在飞秒激光加工系统中，根据C/C复合材料指尖密封结构轮廓，规划激光扫描路径轨迹，基于高重频飞秒激光的光热作用实现LIG涂层的可控制备。2.根据权利要求1所述的一种复合材料密封件表面激光诱导石墨烯涂层制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟兆阳，吴宁强，张延超，尹明虎，崔亚辉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：