一种飞行器及其表面柔性防/除冰复合薄膜及制备方法技术

一种飞行器及其表面柔性防/除冰复合薄膜及制备方法，该飞行器的零部件表面具有表面柔性防/除冰复合薄膜，该薄膜包括：第一绝缘薄膜，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积、化学气相沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于基体表面形成；柔性电热薄膜，位于第一绝缘薄膜上，根据不同的工作电压和单位面积功率要求设置；第二绝缘薄膜，位于柔性电热薄膜上，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积或化学气相沉积于柔性电热薄膜表面形成；以及超疏水薄膜，位于第二绝缘薄膜上，通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于第二绝缘薄膜表面形成的具有超疏水结构的CrN基薄膜。本发明专利技术还公开了该表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法。备方法。备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器及其表面柔性防/除冰复合薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及飞行器除冰技术，特别是一种飞行器及其基于主被动耦合的表面柔性防/除冰复合薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]飞行器结冰是飞行器机身表面某些部位聚集冰层的现象，容易发生于机翼尾翼的前缘、风挡、空速管、天线、发动机进气口等突出部位。风洞试验表明，当机翼前缘有半英寸厚的积冰时，会减少50％的升力和增加60％的阻力。除此之外，风挡结冰会影响飞行员目视飞行，空速管结冰会导致飞行高度、速度等重要飞行数据无法准确显示，天线结冰会影响空地通讯或造成导航中断。在低温、高湿度、大表速飞行等极端条件下，5分钟内结冰厚度可达2～3英寸，此时需要进行大强度除冰操作。
[0003]热力除冰是目前较为实用的主动除冰方式之一。此过程中，热力除冰系统的启动依赖于飞行员的视野，若是在飞行员观测不到的位置结冰，则很难进行除冰，而且除冰结束后热力除冰系统的关闭也依赖于飞行员的观察，需要消耗较多的能耗、且除冰时间较长。近年来通过对结冰机理的深入研究，功能型防结冰薄膜作为被动防冰方式逐渐进入人们的视线。众多研究表明，超疏水表面确实可以延缓结冰时间，降低结冰量，减小冰附着力，但是超疏水材料一般为有机材料，这种材料的机械强度、耐高温性能与使用寿命存在很大的问题，在经历多次的高温结冰—除冰试验之后，易老化分解，且渗透到冰层中的微纳结构就会遭受破坏，不断循环导致材料表面失去超疏水的特性。
[0004]现有技术关于超疏水表面与电热结合的防/除冰方法，如基于主被动耦合的防除冰系统，将输入的热量用于加热丝尖端融冰，高效除冰，经济环保，但各层间采用沾合方式，结合强度有待提高，且导热丝贯穿超疏水薄膜和保温层，尖端暴露于空气中，高空极易发生变形，不能保证电路安全，实用性上有待商榷；而风速管复合薄膜，则依次于风速管基体表面沉积第一过渡层、导电层、第二过渡层、导热层、第三过渡层、疏水层，该复合薄膜虽然具有综合的导电、导热及疏水性能，但疏水层为无机疏水层，且表面未做任何修饰，疏水能力有待提高；超疏水薄膜与加热薄膜复合的节能防除冰薄膜，于基体表面依次喷涂隔热薄膜、具有导热性能的防水保护薄膜、疏水涂料，虽然可以起到加热和疏水除冰的作用，但是耐高温性有待提高；防覆冰复合薄膜包括依次沉积金属膜层、金属氮化物膜层、纳米棒状氧化锌层，以及疏水层，该薄膜具有优良的超疏水性能，可达到明显的防覆冰效，但发热功率和绝缘性能均有待提高。
[0005]还有飞机零部件制备采用基体
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加工预埋线槽
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填埋加热丝
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埋线槽焊接
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抛光
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表面制备疏水薄膜，但焊接过程中易产生气孔、未焊透、焊接裂纹等缺陷，严重影响表面疏水薄膜在高温环境下的结合强度，且存在加热路线短路、泄密等风险。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种飞行器及其表
面柔性防/除冰复合薄膜及制备方法，以克服现有技术中飞行器零部件加热丝埋焊成型率低、薄膜防覆冰效果差、高温环境下使用时薄膜寿命短等缺陷，提高飞行器零部件工作过程中的可靠性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，包括：
[0008]第一绝缘薄膜，设置于所需防/除冰的基体表面，所述第一绝缘薄膜为通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积、化学气相沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述基体表面形成的无机绝缘薄膜；
[0009]柔性电热薄膜，位于所述第一绝缘薄膜上，所述柔性电热薄膜根据不同的工作电压和单位面积功率要求设置；
[0010]第二绝缘薄膜，位于所述柔性电热薄膜上，所述第二绝缘薄膜通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积或化学气相沉积于所述柔性电热薄膜表面形成的无机绝缘薄膜；以及
[0011]超疏水薄膜，位于所述第二绝缘薄膜上，所述超疏水薄膜通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述第二绝缘薄膜表面形成的CrN基薄膜，所述CrN基薄膜表面具有超疏水结构。
[0012]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述柔性电热薄膜通过模板法设置为满足设定发热需求的柔性电阻路线。
[0013]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述第一绝缘薄膜为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝无机绝缘薄膜，所述第一绝缘薄膜的厚度为50
‑
200um。
[0014]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述柔性电热薄膜通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积形成于所述第一绝缘薄膜表面。
[0015]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述柔性电热薄膜为Ni、Cr、Cu或Zn的纯金属薄膜或NiCr合金薄膜，所述柔性电热薄膜的厚度为5
‑
20um。
[0016]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述第二绝缘薄膜为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝无机绝缘薄膜，所述第二无机绝缘薄膜的厚度为25
‑
100um。
[0017]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其中，所述超疏水薄膜为CrN、CrNiN、CrAlN或CrAlSiN薄膜，所述超疏水薄膜的厚度为2
‑
10um。
[0018]为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种的表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法，其中，包括如下步骤：
[0019]S100、对所需防/除冰部位的基体表面进行清洗，并烘干；
[0020]S200、制备第一绝缘薄膜，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积、化学气相沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述基体表面形成无机绝缘薄膜；
[0021]S300、在所述第一绝缘薄膜上制备柔性电热薄膜，所述柔性电热薄膜根据不同的工作电压和单位面积功率要求设置；
[0022]S400、制备第二绝缘薄膜，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积或化学气相沉积于所述柔性电热薄膜表面形成无机绝缘薄膜；
[0023]S500、通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述第二绝缘薄膜表面形成CrN基薄膜；以及
[0024]S600、在所述CrN基薄膜表面制备出微凸起结构，最终形成具有超疏水结构的CrN基薄膜。
[0025]上述的表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法，其中，步骤S100中的清洗包括：
[0026]S101、将所述基体放置于四氯乙烯中浸泡10～30min去除表面油脂；
[0027]S102、将所述基体超声清洗10～20min；
[0028]S103、将所述基体置于丙酮溶液中超声清洗10～20min；
[0029]S104、将所述基体置于酒精溶液中超声清洗10～20min；
[0030]S105、将所述基体置于去离子束溶液中超声清洗2～5次，每次10～20min；以及
[0031]S106、将所述基体置于70℃烘烤箱中干燥10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，包括：第一绝缘薄膜，设置于所需防/除冰的基体表面，所述第一绝缘薄膜为通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积、化学气相沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述基体表面形成的无机绝缘薄膜；柔性电热薄膜，位于所述第一绝缘薄膜上，所述柔性电热薄膜根据不同的工作电压和单位面积功率要求设置；第二绝缘薄膜，位于所述柔性电热薄膜上，所述第二绝缘薄膜通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积或化学气相沉积于所述柔性电热薄膜表面形成的无机绝缘薄膜；以及超疏水薄膜，位于所述第二绝缘薄膜上，所述超疏水薄膜通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述第二绝缘薄膜表面形成的CrN基薄膜，所述CrN基薄膜表面具有超疏水结构。2.如权利要求1所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述柔性电热薄膜通过模板法设置为满足设定发热需求的柔性电阻路线。3.如权利要求1或2所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述第一绝缘薄膜为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝无机绝缘薄膜，所述第一绝缘薄膜的厚度为50
‑
200um。4.如权利要求1或2所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述柔性电热薄膜通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积形成于所述第一绝缘薄膜表面。5.如权利要求1或2所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述柔性电热薄膜为Ni、Cr、Cu或Zn的纯金属薄膜或NiCr合金薄膜，所述柔性电热薄膜的厚度为5
‑
20um。6.如权利要求1或2所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述第二绝缘薄膜为氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝无机绝缘薄膜，所述第二无机绝缘薄膜的厚度为25
‑
100um。7.如权利要求1或2所述的表面柔性防/除冰复合薄膜，其特征在于，所述超疏水薄膜为CrN、CrNiN、CrAlN或CrAlSiN薄膜，所述超疏水薄膜的厚度为2
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10um。8.一种的表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S100、对所需防/除冰部位的基体表面进行清洗，并烘干；S200、制备第一绝缘薄膜，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积、化学气相沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述基体表面形成无机绝缘薄膜；S300、在所述第一绝缘薄膜上制备柔性电热薄膜，所述柔性电热薄膜根据不同的工作电压和单位面积功率要求设置；S400、制备第二绝缘薄膜，通过热喷涂、磁控溅射、离子束辅助沉积或化学气相沉积于所述柔性电热薄膜表面形成无机绝缘薄膜；S500、通过磁控溅射、离子束辅助沉积或磁过滤阴极真空弧源沉积于所述第二绝缘薄膜表面形成CrN基薄膜；以及S600、在所述CrN基薄膜表面制备出微凸起结构，最终形成具有超疏水结构的CrN基薄膜。9.如权利要求8所述的表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S100中的清洗包括：
S101、将所述基体放置于四氯乙烯中浸泡10～30min去除表面油脂；S102、将所述基体超声清洗10～20min；S103、将所述基体置于丙酮溶液中超声清洗10～20min；S104、将所述基体置于酒精溶液中超声清洗10～20min；S105、将所述基体置于去离子束溶液中超声清洗2～5次，每次10～20min；以及S106、将所述基体置于70℃烘烤箱中干燥10～30min。10.如权利要求8或9所述的表面柔性防/除冰复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S200中，采用磁控溅射于所述基体表面沉积梯度Al2O3薄膜。11.如权利要求10所...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勇杰，邱维维，王非，刘曙光，单勇革，
申请(专利权)人：北京机械工业自动化研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：