金屬-聚氨酯紅外低發(fā)射率復合涂層界面改性及性能研究.pdf

1、隨著紅外探測設備和紅外制導武器的迅速發(fā)展，紅外低發(fā)射率涂層(IRLEC)已經(jīng)成為十分關注的話題，特別是由銅(Cu)填料和聚氨酯(PU)組成的金屬/PU復合涂層在IRLEC領域有應用的潛力。然而，Cu/PU涂層較差的耐腐蝕性和力學性能是限制其應用的主要原因。在本文中，我們研究了界面改性對低發(fā)射率涂層腐蝕性能及力學性能的影響。并且，計算了IRLEC的壽命，為工程化提供可靠依據(jù)。
　　 用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)化學改性C

2、u粉表面提高Cu和PU高聚物之間的界面結(jié)合，得到了具有高耐腐蝕性能的紅外低發(fā)射率Cu/PU涂層。由于KH550的加入使Cu和Pu之間產(chǎn)生了明顯的相互作用。一定合適的量的KH550有利于Cu的分散，在Cu和PU之間誘導產(chǎn)生了較強的化學界面結(jié)合，從而提高了Cu/PU涂層的耐腐蝕性能并且保持了較低的紅外發(fā)射率，力學性能隨著KH550的量增加而提高。
　　 用KH550和表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)協(xié)同作用改性Cu粉表面，

3、KH550使Cu和PU之間產(chǎn)生了明顯的相互作用，暗示了KH550能夠改善Cu和PU之間的化學界面結(jié)合，而CTAB只能促進Cu和PU之間的物理結(jié)合。一定合適的量的KH550和CTAB的協(xié)同作用改善了Cu和PU之間的界面結(jié)合，有利于Cu的分散和降低Cu/PU涂層的孔隙率，從而提高了Cu/PU涂層的耐腐蝕性能并且保持了較低的紅外發(fā)射率。經(jīng)協(xié)同改性后Cu/PU涂層的力學性能明顯提高。
　　 采用球磨的方法用銀(Ag)表面改性Cu，Ag均

4、勻分布在Cu中，球磨后在Ag-Cu復合粉表面形成了油層，與有機相的相容性得到了改善，從而提高了涂層的耐腐蝕性能并且保持了較低的紅外發(fā)射率。經(jīng)過Ag表面改性后，球磨Ag-Cu/PU涂層的沖擊強度保持不變，而球磨Ag@Cu/PU涂層的沖擊強度比改性前較好。
　　 鋁(Al)取代Cu將Cu/PU界面改性為Al/PU界面，由于電導率隨著Al含量的增加而增加，涂層的紅外發(fā)射率明顯降低。Al含量和力學性能之間呈現(xiàn)“U”型曲線，Al/PU復合

5、涂層在40 wt.％Al含量時具有良好的附著力和沖擊強度。Al氧化生成的Al2O3不會犧牲PU本身的耐腐蝕性能，并且低發(fā)射率復合涂層表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。
　　 青銅和環(huán)氧改性將Cu/PU界面改性為Cu-Sn/EPU界面，由于電導率隨著青銅含量的增加而增加，涂層的紅外發(fā)射率明顯降低。青銅/EPU復合涂層在青銅含量低于50 wt.％時具有良好的附著力和沖擊強度，但是當青銅含量從50 wt.％升高到60 wt.％時涂層的力學性能下降

6、。低發(fā)射率青銅/EPU復合涂層表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性。通過比較青銅/EPU涂層、Cu/PU涂層、球磨Ag-Cu/PU涂層和Al/PU涂層，青銅含量為40 wt.％的青銅/EPU涂層具有最佳的附著力、紅外低發(fā)射率和良好的耐腐蝕性。
　　 采用微結(jié)構-電化學模型預測了紅外低發(fā)射率復合涂層在鹽霧環(huán)境中的壽命。IRLEC在3.5wt.％NaCl溶液中收集的電化學數(shù)據(jù)作為基于機理的腐蝕模型的輸入，從而預測涂層的壽命。為了檢測計算結(jié)果，模型預

7、測與鹽霧測試結(jié)果進行了比較。該模型能夠預測IRLEC的鹽霧壽命，但在短時間對壽命預測不足，長時間過高預測。預測不足可能與聚合物對金屬顏料顆粒的腐蝕保護有關。在較長時間模型過高預測可能與孔隙率的影響沒有包括在這個簡單的模型內(nèi)有關。
　　 IRLEC的力學性能隨著加熱溫度的升高和時間的延長而下降，涂層的最高耐受溫度為573K。采用Arrhenius關系計算了紅外低發(fā)射率復合涂層在不同馬赫數(shù)下沖擊強度下降至某一水平的力學壽命。與觀測數(shù)

8、據(jù)相比，計算結(jié)果驗證了模型預測的有效性。
　　 IRLEC的發(fā)射率隨著加熱溫度的升高和時間的延長而升高，涂層失效時的發(fā)射率隨著馬赫數(shù)的減小而升高。采用Arrhenius關系計算了紅外低發(fā)射率復合涂層的耐鹽水腐蝕壽命。計算結(jié)果與耐鹽水實驗的觀測數(shù)據(jù)對比，驗證了模型預測的有效性。
　　 IRLEC的發(fā)射率隨著耐濕熱環(huán)境下加熱溫度的升高和時間的延長而升高。采用Arrhenius關系計算了紅外低發(fā)射率復合涂層的耐濕熱壽命。計算結(jié)