【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温涂层制备，具体涉及一种高导热纳米复合封严涂层结构及其制备方法和应用。
技术介绍
1、金属材料是应用最广的工程材料，但随着工程设备工作条件的日益苛刻，单一的金属材料已经难以满足工程使用要求。在金属表面涂覆耐磨涂层，可以使合成的复合材料既能保留金属的强度和韧性，同时又具备涂层的易导热、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特性，可以大幅提高材料的使用性能。
2、目前工业上常用的制备复合涂层的方法有如下几种：自蔓延高温合成法、热喷涂法、溶胶-凝胶法等。自蔓延高温合成法是用反应物之间产生的高化学反应热促使反应物进行持续自发的化学反应制备陶瓷涂层，单一的自蔓延高温合成法可以制备出高性能的复合材料涂层，然而制备出的涂层表面精度很差，会出现表面不平整，有空隙等问题。溶胶-凝胶法是用易于水解的金属醇盐或无机盐在某种溶剂中与水发生反应，经水解缩聚形成溶胶，将溶胶涂覆在金属钢板表面，再经干燥、热处理后形成涂层，其制备的涂层质量高，但工艺复杂、耗时，膜层易开裂。热喷涂技术是在高温下将涂层材料熔化和雾化，形成熔融或半熔融状态的粒子流，以极高的速度喷涂于金属钢板表面上的涂覆方法，可以制备出耐磨性、硬度和导热等性能有较好的涂层，并且对钢板的热变形影响较小。
3、常见的封严结构为多层、多孔结构，涂层主要包括黏结层和顶部可磨耗层。此外，封严涂层在高温环境下工作一段时间后，由于与空气中的氧气发生氧化反应，会在黏结层和顶部可磨耗层之间生成热生长氧化层。传统结构封严涂层最常见的制备技术为大气等离子喷涂(atmospheric plasma
4、近年来，采用陶瓷材料、纳米材料制备封严涂层成为研究热点，其良好的耐高温性能，满足发动机金属工件的高温工况。纳米结构封严涂层利用喷涂技术，将纳米结构的封严涂层材料喷涂到基体上，形成纳米结构的封严涂层，测试结果表明与传统微米封严涂层相比，纳米结构封严涂层表现出了更好的综合性能，能实现封严涂层可磨耗、耐高温、抗热震等性能平衡。但是纳米结构封严涂层的制备难点是，纳米颗粒在到达基体表面前容易在高温下发生融化而失去纳米结构，导致涂层纳米结构失效。因此，探索和开发一种能够提升金属基材受热面导热效率的纳米复合封严涂层结构及其制备方法，对于高温导热涂层的工业化制备及纳米结构封严涂层的实际应用具有重要的意义。
5、公开号为cn112759950a的专利公开了一种ysz/石墨烯复合封严涂层及其制备方法，所述封严涂层是以ysz/石墨烯复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度不小于0.1mm的涂层，但是该封严涂层注重提升韧性和耐磨性以满足在高温服役环境下的要求；公开号为cn102560322a的专利提供了一种具有防钛火功能的可磨耗封严涂层的制备方法，所述涂层为三层涂层体系，其中底层为ni3al涂层，中间层为zro2·y2o3隔热涂层，面层为cual/bn可磨耗封严涂层，该体系对钛合金热防护性能良好，可磨耗性良好，涂层摩撩系数低，因此适合作为钛合金机匣的防钛火涂层。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术在处理过后的金属基材表面构建由导热层与保护层组成的纳米复合封严涂层结构。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术目的之一在于提供一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、s1、对金属基材表面进行预处理，包括清洗除去表面的杂质附着物和喷砂处理；
5、s2、采用喷涂设备将锚定在碳纳米管表面的纳米二氧化硅/三氧化二铝复合粉体多次喷涂至金属基材表面，形成喷涂涂层；
6、s3、激光冲击增强所述喷涂涂层表面，在金属基材表面形成导热层；
7、s4、采用喷涂设备将环氧树脂和有机硅预聚体混合而成的保护涂料多次喷涂至导热层表面，形成保护层，最终制得涂覆在金属基材表面的高导热纳米复合封严涂层结构。
8、进一步的，所述s2中喷涂设备为超音速喷涂设备喷涂，单次喷涂的沉积厚度小于0.01mm，并在每喷涂0.05mm后对已涂覆的涂层进行真空热处理。
9、进一步的，所述s2中复合粉体制备方法如下：
10、(1)将碳纳米管、三氧化二铝纳米颗粒、硅烷偶联剂、分散剂和去离子水混合均匀后，超声分散5～30min；
11、(2)将四烷氧基硅、水和无水乙醇混合均匀后，超声分散5～30min；
12、(3)将步骤(1)和(2)所形成的液体混合后，在25～55℃下超声分散1～1.5h，而后磁力搅拌20～40min，并调节ph为9～10；
13、(4)将步骤(3)的产物依次用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥后即得到纳米二氧化硅/三氧化二铝复合粉体。
14、进一步的，所述碳纳米管、三氧化二铝纳米颗粒、硅烷偶联剂、分散剂和去离子水的质量比为5:1～2:1～4:1～4:1～4，所述四烷氧基硅、水和无水乙醇的质量比为3:1～5:1～10。
15、进一步的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化胺、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例混合物。
16、进一步的，所述s3中激光冲击参数如下：激光波长600～1800nm，脉冲宽度11～46ns，光斑直径5～12mm，光斑搭接率15～65％，重复频率2～8hz。
17、进一步的，所述s4中保护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。
18、进一步的，所述s4中单次喷涂的沉积厚度小于0.01mm，并在每喷涂0.05mm后对已涂覆的涂层进行真空热处理。
19、本专利技术目的之二在于提供一种高导热纳米复合封严涂层结构，所述导热层位于金属基材和保护层之间，三者之间紧密接触构成导热面，所述纳米复合封严涂层结构整体厚度小于0.5mm。
20、本专利技术目的之三在于提供一种高导热纳米复合封严涂层结构在提升金属基材受热面导热效率中的应用。
21、相较于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
22、1、本专利技术基于保护性氧化膜在导热过程中的关键作用，同时结合碳纳米管导热及力学性能，创新性地在金属受热面表面设置了一种高导热的纳米复合封严涂层结构，其中碳纳米管的管壁结构上存在一定数量的缺陷位点可以作为纳米二氧化硅/三氧化二铝的锚定位点，提高涂层界面结合强度和韧性，而碳纳米管和三维纳米二氧化硅/三氧化二铝颗粒形成尺寸结构上的复合粉体，有助于抑制二维纳米薄片的再重叠，同时有效改善三维纳米二氧化硅/三氧化二铝颗粒的聚沉，避免导热涂料由于重力沉降作用使导热层的厚度不均匀影响效果。
23、2、本专利技术采用超音速喷涂设备喷涂制备高导热纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述S2中喷涂设备为超音速喷涂设备喷涂，单次喷涂的沉积厚度小于0.01mm，并在每喷涂0.05mm后对已涂覆的涂层进行真空热处理。
3.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述S2中复合粉体制备方法如下：
4.如权利要求3所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管、三氧化二铝纳米颗粒、硅烷偶联剂、分散剂和去离子水的质量比为5:1～2:1～4:1～4:1～4，所述四烷氧基硅、水和无水乙醇的质量比为3:1～5:1～10。
5.如权利要求3所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化胺、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例混合物。
6.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂
7.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述S4中保护涂料主要由环氧树脂和有机硅预聚体按照1～3:1～1.5比例混合而成，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
8.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述S4中单次喷涂的沉积厚度小于0.01mm，并在每喷涂0.05mm后对已涂覆的涂层进行真空热处理。
9.一种根据权利要求1-8任一所述方法制得的高导热纳米复合封严涂层结构，其特征在于，所述导热层位于金属基材和保护层之间，三者之间紧密接触构成导热面，所述纳米复合封严涂层结构整体厚度小于0.5mm。
10.一种根据权利要求1-8任一所述方法制得的高导热纳米复合封严涂层结构在提升金属基材受热面导热效率中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述s2中喷涂设备为超音速喷涂设备喷涂，单次喷涂的沉积厚度小于0.01mm，并在每喷涂0.05mm后对已涂覆的涂层进行真空热处理。
3.如权利要求1所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述s2中复合粉体制备方法如下：
4.如权利要求3所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管、三氧化二铝纳米颗粒、硅烷偶联剂、分散剂和去离子水的质量比为5:1～2:1～4:1～4:1～4，所述四烷氧基硅、水和无水乙醇的质量比为3:1～5:1～10。
5.如权利要求3所述的一种高导热纳米复合封严涂层结构的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化胺、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例混合物。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张文平，陈延进，张永锋，
申请(专利权)人：福建中科元易新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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