一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层及其制备方法。该复合吸波涂层包括以质量百分比计的以下组份原料：50％～90％的Al2O3，10％～50％的Ti2AlC；其中，所述Al2O3和Ti2AlC的组份之和为100％。该复合吸波涂层直接采用市面上的现有原料粉体作为原料，原料获得方式简单、成本低，具有自修复可重复利用的特点。该复合吸波涂层的制备方法通过优化超音速等离子喷涂工艺以及原料粉体配比，方法简单、易操作，适用于工业生产。适用于工业生产。适用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]20世纪90年代以来，随着航空航天技术的迅猛发展和临近空间(20km～100km)飞行器技术的开发应用，具有5马赫以上速度的高超音速飞行器成为各国家航天和国防部门竞相发展的重点。
[0003]从高超音速飞行器结构来看，为阻止热量传导到飞行器的其余部分，弹头与弹体的过渡部分采用铬镍铁合金制造。巡航弹体部分的框架、板壁以及导弹弹体与级间部分的蒙皮、包括推进器的四个全动尾翼均为铝制。级间部分的一些结构和推进器的尾锥上使用钛金属材料，推进器的外表面用钢制造。同时，可重复利用的高超音速飞行器还需经历高低温转变，这要求陶瓷涂层材料一方面需要与飞行器金属基体具有良好的界面结合和热匹配，另一方面可以自我修复达到重复使用的效果。基于此，开发设计出可宽频域吸波且可与金属良好界面结合并能自我修复的耐高温陶瓷涂层是实现飞行器隐身和重复利用的关键。
[0004]陶瓷涂层的制备是快速加热和快速冷却的过程，不可避免的产生热应力，在空间复杂服役环境下，交变载荷和温度变化会破坏涂层与基材的结合力，导致涂层在长期使用过程中脱落。如何拓展和改善超高温陶瓷材料的吸波频域和本征脆性，合理选择、设计陶瓷基复合材料的物系，实现涂层的设计和制备，提高韧性和抗氧化性能是该研究领域面临的一个重要挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于复合吸波材料可以通过电磁损耗或微波干涉机制将入射电磁波能量转变成热能或其他形式能量从而有效耗散掉这一机制，通过调控超音速等离子喷涂工艺以及原料粉体配比，成功开发出Ti2AlC增强Al2O3基体的高温宽频域吸波自修复可重复利用的复合材料涂层及其制备方法。
[0006]本专利技术提供一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，该复合吸波涂层包括以质量百分比计的以下组份原料：50％～90％的Al2O3，10％～50％的Ti2AlC；其中，所述Al2O3和Ti2AlC的组份之和为100％。
[0007]本专利技术提供另一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，该复合吸波涂层包括以质量百分比计的以下组份：50％～93％的Al2O3，5％～48％的Ti2AlC，0.1％～1％的Ti3AlC2和0.1％～1％的TiC。需要说明的是，这是因为一部分原料粉体中的Ti2AlC在喷涂过程中会因为高温分解成Al2O3和Ti3AlC2以及TiC，因此涂层中Ti2AlC质量百分比会减少，Ti3AlC2、TiC、Al2O3三种物质的质量百分比会增加，增加的这部分Al2O3来源于Ti2AlC，喷涂得到的涂层中Ti3AlC2和TiC不是杂质，而是Ti2AlC分解产物。
[0008]进一步的，所述Al2O3的粒径为15μm～45μm，所述Ti2AlC的粒径为15μm～40μm。
[0009]进一步的，该复合吸波涂层的显微硬度为600HV～900HV，拉伸界面结合强度为25MPa～35MPa。
[0010]进一步的，根据GJB5022标准，对300mm
×
300mm
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5mm的所述复合吸波涂层试样，在频率范围为8GHz～18GHz内利用雷达吸波材料RAM反射率弓形法的测试条件下，该复合吸波涂层的有效吸波带宽大于2GHz，最小反射损耗小于
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20dB。
[0011]进一步的，该复合吸波涂层的厚度为0.5mm～2mm。
[0012]本专利技术还提供如上述的Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：按配方预备各组份原料，将Al2O3和Ti2AlC置于行星球磨机中进行球磨处理至充分混合，得到复合原料粉体；以镍基合金作为基体，将所述基体置于马弗炉中预热至150℃；将所述复合原料粉体置于超音速等离子喷涂设备送粉器中，将预热后的基体固定在超音速等离子喷涂设备上，进行超音速等离子喷涂处理，得到所述Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层；其中，所述喷涂处理的参数包括：氩气气流量70L/min～85L/min，氢气气流量10L/min～20L/min，电压100V～120V，电流350A～450A，送粉压力0.4MPa～0.5MPa，送粉流量18g/min～20g/min，喷涂距离80mm～100mm；
[0013]进一步的，所述球磨处理的时间为8h～12h。
[0014]本专利技术与目前现有技术相比具有以下特点：
[0015]本专利技术提供一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层及其制备方法，该复合吸波涂层直接采用市面上的现有原料粉体作为原料，原料获得方式简单、成本低，产品具有自修复可重复利用的特点。该复合吸波涂层的制备方法通过优化超音速等离子喷涂工艺以及原料粉体配比，方法简单、易操作，适用于工业生产。
附图说明
[0016]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0017]图1为本专利技术实施例1的50wt.％Al2O3/50wt.％Ti2AlC复合吸波涂层的扫描电镜图；
[0018]图2为本专利技术实施例2的60wt.％Al2O3/40wt.％Ti2AlC复合吸波涂层的扫描电镜图；
[0019]图3为本专利技术实施例3的70wt.％Al2O3/30wt.％Ti2AlC复合吸波涂层的扫描电镜图；
[0020]图4为本专利技术实施例4的80wt.％Al2O3/20wt.％Ti2AlC复合吸波涂层的扫描电镜图；
[0021]图5为本专利技术实施例5的90wt.％Al2O3/10wt.％Ti2AlC复合吸波涂层的扫描电镜图。
具体实施方式
[0022]专利技术人发现，为了满足高温、长时间、反复使用要求，Al2O3陶瓷是公认的具有低密度、优异高温强度和良好高温抗氧化性能的陶瓷基体材料。所以设计Al2O3陶瓷基复合材料是首选，但是单纯的Al2O3陶瓷在涂层制备过程中成形性极差，且Al2O3吸波性能极差。高性
能的吸波材料是由两种或两种以上材料，通过恰当的成分和结构设计而构成的复合材料。新型的三元层状MAX相陶瓷是一种兼具高强度和高韧性以及类金属的优良导电性能的良好损伤容限陶瓷材料，典型的材料有Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti3(SiAl)C2固溶体和Cr2AlB2，其密度为4～5g/cm3，杨氏模量为280～340GPa，室温断裂韧度为6.0～7.88MPa
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。此外，新型的三元MAX相陶瓷具备优良的吸波、高温自愈合修复、抗氧化和与金属基体润湿结合好的综合优势。如何通过优化超音速等离子喷涂工艺以及原料粉体配比，来制备出Ti2AlC增强Al2O3基体的高温宽频域吸波自修复可重复利用的复合材料涂层，成为开发这种新型Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层的重点。
[0023]本专利技术提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，其特征在于，该复合吸波涂层包括以质量百分比计的以下组份原料：50％～90％的Al2O3，10％～50％的Ti2AlC；其中，所述Al2O3和Ti2AlC的组份之和为100％。2.一种Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，其特征在于，该复合吸波涂层包括以质量百分比计的以下组份：50％～93％的Al2O3，5％～48％的Ti2AlC，0.1％～1％的Ti3AlC2和0.1％～1％的TiC。3.根据权利要求1或2所述的Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，其特征在于，所述Al2O3的粒径为15μm～45μm，所述Ti2AlC的粒径为15μm～40μm。4.根据权利要求1或2所述的Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，其特征在于，该复合吸波涂层的显微硬度为600HV～900HV，拉伸界面结合强度为25MPa～35MPa。5.根据权利要求1或2所述的Al2O3和Ti2AlC复合吸波涂层，其特征在于，根据GJB5022标准，对300mm
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300mm
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5mm的所述复合吸波涂层试样，在频率范围为8GHz～18GHz内利用雷达吸波材料RAM反射率弓形法的测试条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文波，马超胜，陈宛彤，马翼虎，张梓华，周洋，李世波，李翠伟，黄振莺，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：