[发明专利]一种六铝酸盐高发射率热防护涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热防护涂层及其制备方法。

背景技术

耐高温金属材料在热结构部件和飞行器热防护系统中有着广泛的应用。金属材料的使用温度受到本身性质的制约，钛合金可以应用于650℃的环境；γ-TiAl合金能够承受870℃的高温；镍基高温合金的最高使用温度可以达到1000～1100℃。然而，现代航空航天以及军事工业技术的飞速发展使材料的服役环境更为苛刻。为了防止金属材料如镍基高温合金在高温下性能退化，其表面往往需要制备一层抗氧化、抗热震以及具有高发射率的多功能防护涂层，通过辐射散热的方式将大部分热量散失掉。

根据普朗克定律，当黑体温度在1000℃时，约97%的辐射能集中在1～14μm波段。迄今为止，研究发现过渡金属氧化物体系和碳化硅及其陶瓷基复合材料在这一波段内具有较高的发射率。然而，过渡金属氧化物体系抗热冲击性较差，而碳化硅及其陶瓷基复合材料与镍基高温合金存在热膨胀失配的问题，同时目前广泛使用的Y₂O₃部分稳定的ZrO₂涂层材料在短波段内的发射率较低，都难以满足辐射防热的需求。

发明内容

本发明是要解决现有耐高温金属材料表面的热防护涂层难以同时满足高发射率、抗热冲击性好和热膨胀配率高的问题，本发明提供了一种六铝酸盐高发射率热防护涂层及其制备方法。

本发明的一种六铝酸盐高发射率热防护涂层，其特征在于六铝酸盐高发射率热防护涂层的化学式为LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉；其中，M为Mn、Fe、Co或Ni，0≤x≤1。

本发明的一种六铝酸盐高发射率热防护涂层的制备方法按以下步骤进行：

一、将Al₂O₃和La₂O₃置入马弗炉中，在温度为600～1200℃的条件下进行热处理，热处理时间为2~10h，得到Al₂O₃粉末和La₂O₃粉末；

二、按照化学式LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉，按化学计量比称取步骤一得到的Al₂O₃粉末、La₂O₃粉末和A，将其混合，得到粉体混合物；其中，化学式LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉中M为Mn、Fe、Co或Ni，0≤x≤1；A为MgO、MnO₂、Fe₂O₃、CoO、Ni₂O₃中的一种或MgO与MnO₂、Fe₂O₃、CoO、Ni₂O₃中的一种按任意比例组成的混合物；MgO在称取前，需将MgO采用步骤一的方法进行热处理；

三、将步骤二得到的粉体混合物放入球磨瓶中，加入1~4倍于粉体混合物质量的ZrO₂磨球和1~3倍于粉体混合物体积的无水乙醇，在球磨机上湿球磨6~30h后取出，进行烘干并过100~500目筛，将过筛的混合粉末置入马弗炉中，在温度为1400～1800℃的条件下进行煅烧，煅烧时间为6~15h，将煅烧粉末进行研磨，得到研磨粉体；

四、将步骤三的到的研磨粉体，按步骤三的方法重复操作2~6次，得到LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉六铝酸盐粉末；

五、将步骤四得到的LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉六铝酸盐粉末置于球磨瓶中，加入质量百分含量为1%~12%聚乙烯醇水溶液，球磨5~24h，得到固含量为40%~70%的LaMg_1-xM_xAl₁₁O₁₉料浆；