CN117229665B - 一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吸波涂层技术领域，具体涉及一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，所述隐身材料防护***设于飞行器机体外侧，包括为多层结构，包括红外隐身层、雷达吸波层以及可选的其他功能层，各层间设有防腐蚀涂层；其中，红外隐身层的混合电位范围为‑1.0~‑0.2V，雷达吸波层的混合电位范围为‑0.9~‑0.1V，防腐蚀涂层的混合电位范围为‑0.9~‑0.2V，各层间电位差均小于250mV，且由内向外呈梯度递减，直至层间电位差小于50mV，以抑制电偶腐蚀过程。本隐身材料防护***能够满足航空器重量、力学和隐身性能指标，同时具有海洋环境耐腐蚀性，能实现飞行器的减重且兼顾吸波性能，可以有效提升航空器全寿命周期的隐身能力。
Description
技术领域
本发明涉及吸波功能涂料技术领域，具体涉及一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***。
背景技术
目前实现雷达和红外兼容隐身的主要途径是将红外隐身材料和雷达吸波材料相互叠加复合。常用的手段是采用双层涂覆方法，即在雷达隐身涂层物体表面涂覆一层红外隐身涂层。如图1所示，在实际应用中，隐身涂层除了要具备隐身性能，还要满足一定的机械性能以及耐腐蚀性等要求，因此涂层的厚度和金属颜料含量必须达到一定值。在双层涂覆的基础上，又发展了多涂层、混合涂层和改性涂层等雷达和红外兼容隐身的材料。多涂层是指利用材料性能的不同，先后涂覆不同的材料达到多种兼容的目的；混合涂层是指通过混合或者掺杂形成单一涂层达到兼容隐身的目的；改性涂层是将吸波材料进行改性，使其在具备吸波性能的同时增加红外性能，随后制备成涂层达到兼容隐身的效果。
在海洋环境下，飞行器除具备隐身能力外，还需要满足耐海洋环境的要求。隐身材料体系用于飞行器外表面，暴露在大气中，直接受到高盐雾、高湿热、强腐蚀的海洋环境考验。由于隐身材科体系中大部分材料都含有金属功能填料，在海洋环境下，当盐雾微粒沉降附着在涂层表面，快速吸潮溶解成氯化物水溶液，氯化物水溶液或离解后的氯离子可通过涂层微孔渗入涂层内部，进而引起涂层老化或金属基材的腐蚀，其中以电偶腐蚀为主的腐蚀过程往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等其他各类腐蚀，导致涂层脱落和性能下降，成为隐身材料防护体系的薄弱环节。
零电位控制方法对于防止电偶腐蚀非常重要，特别是在需要使用不同金属或合金的工程和工业应用中。一般认为，若两种金属的电位差不大（一般小于50mV），当组成电偶对时， 电偶腐蚀的倾向是很小的，甚至可以忽略不计，而当电位差大于0.25V 时，会产生较严重的电偶腐蚀。通过控制层间电位差，降低电位差异，电位差控制有助于减小电偶腐蚀的倾向，维护设备的可靠性，确保***的完整性和性能。因此，对于多层复合材料体系设计，控制层间电位差的电位控制方法对于隐身飞行器耐海洋环境腐蚀的作用不言而喻，以满足飞行器的耐海洋环境隐身使用要求。
在高盐雾、高湿热等海洋环境下，含有大量金属填料的雷达吸波涂层和红外隐身涂层极易产生电化学腐蚀，金属机体和功能涂层以及各功能层之间由于电位差异也容易发生电偶腐蚀的问题。目前尚未有通过层间电位差调控满足上述使用要求的耐腐蚀隐身材料体系。
发明内容
本发明旨在解决基于耐海洋环境使用要求带来的隐身材料体系的耐海洋环境腐蚀问题。针对耐海洋环境隐身材料防护***，结合耐腐蚀隐身材料指标体系设计要求，确定多层隐身材料体系参数化设计方法，对于各层间电极电位差异，采取合理的选材和结构设计，抑制化学腐蚀和电化学腐蚀过程，最终形成机体结构外表面多层耐海洋环境隐身材料防护体系。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，所述耐海洋环境隐身材料防护***设于飞行器机体外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，所述多层结构包括多个功能层，具体为从外侧到内侧包括红外隐身层、第一防腐蚀涂层、雷达吸波层、第二防腐蚀涂层，所述第二防腐蚀涂层与机体表面接触；所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.20V。
所述耐海洋环境隐身材料防护***设于飞行器机体外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，所述多层结构包括多个功能层，具体为从外侧到内侧包括红外隐身层、第一防腐蚀涂层、雷达吸波层、第二防腐蚀涂层、其他功能层、第三防腐蚀涂层，所述第三防腐蚀涂层与机体表面接触。所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和其他功能层之间的电位差小于0.20V；所述其他功能层和第三防腐蚀涂层之间的电位差小于0.25V；所述第三防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.25V。
进一步的，所述其他功能层为导静电涂层或电磁修复涂层。
进一步的，以标准氢电极的电极电势为基准，红外隐身层的混合电位范围为-1.0~-0.2V 。
进一步的，以标准氢电极的电极电势为基准，防腐蚀涂层的混合电位范围为-0.9~-0.2V 。
进一步的，以标准氢电极的电极电势为基准，雷达吸波层的混合电位范围为-0.9~-0.1V 。
进一步的，所述多层结构的各层均由树脂基体、功能填料构成，所述树脂为基材，是功能填料的载体以及功能涂层的成膜物质；所述功能填料决定多层结构各层的性能类型。
进一步的，各层间电位差均小于250mV。
进一步的，所述耐海洋环境隐身材料防护***中各层中，所配制的涂料均由树脂基体、功能填料和其他助剂组成，通过球磨或高速分散使填料分布均匀，通过调节涂料中填料的种类、含量和分布以及涂层厚度，获得具有一定功能性的涂层，同时调控各层的混合电位值以减小层间电位差。
进一步的，所述多层结构中的各功能层，采用如下的方式确定填料含量和层厚：
式中：为功能层相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为基体相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为功能填料相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为功能层的厚度，单位为μm；/>为功能填料占功能层的质量百分数；其中，/>和/>可以通过测量获得，/>均为常数，可以通过权重分析得到。
进一步的，所述树脂基体可以是环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、氟树脂、KRATON树脂、环氧改性有机硅树脂、聚氨酯改性有机硅树脂、氟改性聚氨酯、氯丁橡胶等其中的一种或几种的组合，使涂层具有良好的粘结性、力学性能以及耐腐蚀性能。
进一步的，功能填料的选择根据涂层的功能性而定。所述雷达吸收层的功能填料可以是羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝粉、石墨烯、碳化硅微粉、导电纤维、导电高聚物、多晶铁纤维等具有磁损耗、电阻损耗或电介质损耗性质的材料中的一种或几种的组合；所述红外隐身层的功能填料可以是铝粉、铜粉、金粉、银粉、铁粉、铂粉、镍粉、锌粉、导电氧化物半导体（ITO、ZAO等）粉等红外低发射率材料中的一种或几种的组合；所述防腐蚀涂层的功能填料可以是锌粉、铝粉、镁粉、镍粉、铁粉、铜粉、银粉、铂粉等金属材料中的一种或几种的组合。
进一步的，其他助剂包括稀释剂、偶联剂、流变剂、消泡剂、固化剂。其中，稀释剂可以是甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、环己酮、异佛尔酮中的一种或几种的组合，起到溶剂和稀释的作用；偶联剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂等的一种或几种的组合，以改善填料颗粒的分散性，使填料分布更均匀；流变剂可以是气相二氧化硅、滑石粉、硅酸铝镁、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、改性膨润土等中的一种或几种的组合，以改善涂料流变性能，提高涂装性及膜质量；消泡剂可以是聚醚、聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷等的一种或几种的组合，以消除涂层中的气泡，使涂层更致密；固化剂采用树脂基体对应的常用固化剂，比如环氧树脂可以采用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚酰胺等胺类固化剂中的一种或几种的组合，聚氨酯树脂可以采用聚酰胺、烷基酰胺、多异氰酸酯等的一种或几种的组合，以使涂层固化成膜。
本申请的有益效果是：
本发明的耐海洋环境隐身材料防护体系设计方法设计的隐身材料体系能够满足飞行器重量、力学和隐身性能指标，同时具有海洋环境耐腐蚀性，能实现飞行器的减重且兼顾吸波性能，可以有效提升飞行器全寿命周期的隐身能力。
附图说明
图1是常规隐身涂层材料体系。
图2是本发明的耐海洋环境隐身材料防护***的一种结构示意图。
图3是本发明的耐海洋环境隐身材料防护***的又一结构示意图。
图中，1-机体，2-雷达吸波层，3-红外隐身层，4-第一防腐蚀涂层，5-第二防腐蚀涂层，6-第三防腐蚀涂层，7-其他功能层。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅作为例示，并非用于限制本次申请。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明公开了一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，设于飞行器机体外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，所述耐海洋环境隐身材料防护***设于飞行器机体1外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，所述多层结构从外侧到内侧包括红外隐身层3、第一防腐蚀涂层4、雷达吸波层2、第二防腐蚀涂层5，所述第二防腐蚀涂层与机体1表面接触，如图2所示；若含有其他功能层，则所述多层结构从外侧到内侧包括红外隐身层3、第一防腐蚀涂层4、雷达吸波层2、第二防腐蚀涂层5、其他功能层7、第三防腐蚀涂层6，所述第三防腐蚀涂层6与机体1表面接触，如图3所示。
若无其他功能层，则所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.20V。
若含有其他功能层，则所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和其他功能层之间的电位差小于0.20V；所述其他功能层和第三防腐蚀涂层之间的电位差小于0.25V；所述第三防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.25V。
所述涂层***各层均由所配制涂料通过刮涂或喷涂的方式固化成膜，所配制涂料均由树脂基体、功能填料和其他助剂组成，通过球磨或高速分散使填料分布均匀，通过调节涂料中填料的种类、含量和分布以及涂层厚度等因素，获得具有一定功能性的涂层，同时调控各层的混合电位值以达到减小层间电位差的目的。
树脂基体可以是环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、氟树脂、KRATON树脂、环氧改性有机硅树脂、聚氨酯改性有机硅树脂、氟改性聚氨酯、氯丁橡胶等其中的一种或几种的组合，使涂层具有良好的粘结性、力学性能以及耐腐蚀性能。
功能填料的选择根据涂层的功能性而定。雷达吸收层的功能填料可以是羰基铁粉、铁氧体、铁硅铝粉、石墨烯、碳化硅微粉、导电纤维、导电高聚物、多晶铁纤维等具有磁损耗、电阻损耗或电介质损耗性质的材料中的一种或几种的组合；红外隐身层的功能填料可以是铝粉、铜粉、金粉、银粉、铁粉、铂粉、镍粉、锌粉、导电氧化物半导体（ITO、ZAO等）粉等红外低发射率材料中的一种或几种的组合；防腐蚀涂层的功能填料可以是锌粉、铝粉、镁粉、镍粉、铁粉、铜粉、银粉、铂粉等金属材料中的一种或几种的组合。
其他助剂包括稀释剂、偶联剂、流变剂、消泡剂、固化剂。其中，稀释剂可以是甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、环己酮、异佛尔酮中的一种或几种的组合，起到溶剂稀释的作用；偶联剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂等的一种或几种的组合，以改善树脂与填料颗粒表面的粘接，使填料分布更均匀；流变剂可以是气相二氧化硅、滑石粉、硅酸铝镁、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、改性膨润土等中的一种或几种的组合，以改善涂料流变性能，提高涂装性及膜质量；消泡剂可以是聚醚、聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷等的一种或几种的组合，以消除涂层中的气泡，使涂层更致密；固化剂采用树脂基体对应的常用固化剂，比如环氧树脂可以采用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚酰胺等胺类固化剂中的一种或几种的组合，聚氨酯树脂可以采用聚酰胺、烷基酰胺、多异氰酸酯等的一种或几种的组合，以使涂层固化成膜。
优选的，本发明所涉及的雷达吸波涂层采用的填料以片状羰基铁粉为主，辅以其它吸波功能填料，其中，片状羰基铁粉的含量为20-60 wt%，其它填料含量为0~20 wt%，填料粒径范围为10nm~10μm，总含量不超过60 wt%，稀释剂与基体树脂的质量比为1~1.5:1，偶联剂与基体树脂的质量比为1:20~1:5，流变剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10，消泡剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10；固化剂与基体树脂的质量比为1:10~1:1。通过球磨或高速分散使微粉均匀分散，通过刮涂法或喷涂法获得涂层并进行表干处理，控制涂层的厚度在0.5~3mm之间，控制涂层的混合电位在-0.9~-0.1V之间。
优选的，本发明涉及的红外隐身面漆采用以片状铝粉为主、其他微粉为辅的混合型粉末为填料，其中，片状铝粉的含量为20-60 wt%，其它微粉的含量为5~30 wt%，填料粒径范围为10nm~10μm，总含量不超过60 wt%，稀释剂与基体树脂的质量比为1~1.5:1，偶联剂与基体树脂的质量比为1:20~1:5，流变剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10，消泡剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10；固化剂与基体树脂的质量比为1:10~1:1。通过球磨或高速分散使微粉均匀分散，通过刮涂法或喷涂法获得涂层并进行表干处理，控制涂层的厚度在20~60μm之间，控制涂层的混合电位在-1~-0.2V之间。
由于红外隐身涂层的电位通常更负，且两种功能涂层与机体存在较大的电位差，在海洋环境中电偶腐蚀的倾向大，导致涂层隐身性能和防腐蚀性能逐渐下降，进而使腐蚀过程逐渐向内延伸至机体，故而采用电位介于两者之间的防腐蚀涂层来阻隔腐蚀介质和减小层间电位差，必要时起到牺牲阳极的作用，达到减缓腐蚀、保护功能层和机体的目的。
本发明所采用的防腐涂层以环氧树脂为基体，以金属微粉作为颜填料，以聚酰胺为固化剂，形成复合防护涂层。金属微粉采用铝粉、锌粉、镁粉、镍粉、铁粉、铜粉、银粉、铂粉等金属材料中的一种或几种的组合，金属微粉的粒径范围为1μm ~100μm，含量为10-60wt%，稀释剂与基体树脂的质量比为1~1.5:1，偶联剂与基体树脂的质量比为1:20~1:5，流变剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10，消泡剂与基体树脂的质量比为1:30~1:10；固化剂与基体树脂的质量比为1:10~1:1。通过球磨或高速分散使微粉均匀分散，通过刮涂法或喷涂法获得涂层并进行表干处理，控制涂层的厚度在10~100μm之间，控制涂层的混合电位在-0.9~-0.2V之间。
所述防腐中间层通过树脂的阻隔防护作用和添加低电位金属填料以减小与其它功能层或机体之间的电位差，减小电偶腐蚀倾向，必要时作为牺牲阳极对功能涂层及机体结构进行耐蚀性保护。
进一步，在上述涂层的各层中胶黏剂的种类、含量等进行调节以控制各层混合电位时，首先通过设计不同功能层组合、各层的胶黏剂种类、胶黏剂含量、功能填料种类、功能填料含量、辅助组分种类、辅助组分含量，在不同厚度的各功能层下进行仿真，获得不同指标参数下隐身材料涂层的混合电位，形成材料指标和混合电位的数据集。随后进行分析，获得各个指标的权重值，选择权重值高的指标，并重新利用数据集对指标和混合电位的关系进行拟合，得到针对单层功能层而言，采用如下的混合电位控制方法：
式中：为功能层相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为基体相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为功能填料相对标准氢电极的开路电位（vs. SHE），单位为V；/>为功能层的厚度，单位为μm；/>为功能填料占功能层的质量百分数；其中，/>和/>可以通过测量获得，/>均为常数，可以通过前述的权重分析得到。
通过上述单层功能层的电位控制方法，对本发明的多层结构进行设计，得到符合混合电位要求的整体涂层结构。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施方式中的耐海洋环境隐身涂层的制备方法包含如下步骤：
红外隐身涂料：将环氧树脂(E44)与片状Al粉填料混合，同时添加Cu粉、ITO粉，添加二甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH550、滑石粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌1h，使分散均匀。所述片状Al粉的粒径为20nm~2μm，含量为30wt%，所述Cu粉粒径为10nm~2μm，含量为10wt%，ITO粉粒径为100nm~1μm，含量为5wt%，所述二甲苯与环氧树脂的质量比为1:1，硅烷偶联剂KH550与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺固化剂与环氧树脂的质量比为1:1。
雷达吸波涂料：将片状羰基铁粉与苯胺原位聚合，制备羰基铁粉-聚苯胺复合填料，将环氧树脂(E44)与复合填料混合，添加乙酸丁酯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH550、滑石粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在500rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述片状羰基铁粉粉的粒径为30nm~5μm，含量为40wt%，所述乙酸丁酯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH550与环氧树脂的质量比为1:15，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺固化剂与环氧树脂的质量比为1:2。
第一防腐蚀涂层涂料：将环氧树脂(E44)与Zn粉、Al粉、Cu填料混合，添加甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH550、气相二氧化硅粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述Zn粉的粒径为1μm~10μm，含量为30wt%，所述Al粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述Cu粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述甲苯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH550与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺固化剂与环氧树脂的质量比为1:5。
第二防腐蚀涂层涂料：将环氧树脂(E44)与Zn粉、Fe粉、Cu粉填料混合，添加甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH550、气相二氧化硅粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述Zn粉的粒径为1μm~10μm，含量为30wt%，所述Fe粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述Cu粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述甲苯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH550与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺与环氧树脂的质量比为1:5。
根据图2，按照从内到外的顺序，依次刮涂第二防腐蚀涂层、雷达吸波层、第一防腐蚀涂层、红外隐身层并于60-80℃温度环境下固化4-10h，控制膜厚在指定范围内。
利用电化学工作站，以表面涂覆的各涂层为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂网电极为对电极，溶液为3.5wt%的NaCl溶液，测试各涂层的开路电位，分别获得第二防腐蚀涂层、雷达吸波层、第一防腐蚀涂层、红外隐身层的混合电位为-0.321V、-0.449V、-0.516V、-0.545V。
实施例2
本实施方式中的耐海洋环境隐身涂层的制备方法包含如下步骤：
红外隐身涂料：将聚氨酯(PU)与片状Al粉填料混合，同时添加Zn粉、ZAO粉，添加乙酸乙酯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、聚乙烯蜡以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在500rpm下搅拌1.5h，使分散均匀。所述片状Al粉的粒径为20nm~2μm，含量为20wt%，Zn粉的粒径为100nm~500nm，含量为20wt%，ZAO粉粒径为100nm~1μm，含量为10wt%，所述乙酸乙酯与聚氨酯的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与聚氨酯的质量比为1:10，聚乙烯蜡与聚氨酯的质量比为1:30，聚醚消泡剂与聚氨酯的质量比为1:30；聚酰胺固化剂与聚氨酯的质量比为1:1。
雷达吸波涂料：将聚氨酯(PU)与羰基铁粉混合，同时添加铁氧体，添加乙酸丁酯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、硅酸铝镁以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在400rpm下搅拌1h，使分散均匀。所述片状羰基铁粉的粒径为30nm~5μm，含量为30wt%，所述铁氧体粉粒径为100nm~10μm，含量为10wt%，所述乙酸丁酯与聚氨酯(PU)的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与聚氨酯(PU)的质量比为1:10，硅酸铝镁与聚氨酯(PU)的质量比为1:30，聚醚消泡剂与聚氨酯(PU)的质量比为1:30；聚酰胺固化剂与聚氨酯(PU)的质量比为1:1。
导静电功能层涂料：将聚氨酯(PU)与ITO粉填料混合，同时添加Zn粉、Cu粉，添加乙酸乙酯进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、聚乙烯蜡以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在400rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述ITO粉的粒径为100nm~5μm，含量为30wt%，Zn粉粒径为100nm~500nm，含量为20wt%，Cu粉粒径为100nm~500nm，含量为10wt%，所述乙酸乙酯与聚氨酯的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与聚氨酯的质量比为1:10，聚乙烯蜡与聚氨酯的质量比为1:30，聚醚消泡剂与聚氨酯的质量比为1:30；聚酰胺与聚氨酯的质量比为1:2。
第一防腐蚀涂层涂料：将环氧树脂(E44)与Zn粉、Al粉、Cu粉填料混合，添加甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、气相二氧化硅粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述Zn粉的粒径为10μm~100μm，含量为30wt%，所述Al粉粒径为10μm~100μm，含量为10wt%，所述Cu粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述甲苯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺与环氧树脂的质量比为1:5。
第二防腐蚀涂层涂料：将环氧树脂(E44)与Zn粉、Fe、Ag粉填料混合，添加二甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、气相二氧化硅粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述Zn粉的粒径为10μm~100μm，含量为20wt%，Fe粉粒径为10μm~100μm，含量为20wt%，Ag粉粒径为1μm~10μm，含量为10wt%，所述甲苯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺与环氧树脂的质量比为1:5。
第三防腐蚀涂层涂料：将环氧树脂(E44)与Zn粉、Ag粉填料混合，添加二甲苯溶剂进行稀释，添加硅烷偶联剂KH560、气相二氧化硅粉以及聚醚消泡剂进行混合，得到预分散浆料，向所述预分散料浆中加入聚酰胺固化剂，通过高速分散机在450rpm下搅拌0.8h，使分散均匀。所述Zn粉的粒径为10μm~100μm，含量为40wt%，Ag粉的粒径为1μm~5μm，含量为5wt%，所述二甲苯与环氧树脂的质量比为1.5:1，硅烷偶联剂KH560与环氧树脂的质量比为1:10，滑石粉与环氧树脂的质量比为1:30，聚醚消泡剂与环氧树脂的质量比为1:30；聚酰胺与环氧树脂的质量比为1:5。
根据图3，按照从内到外的顺序，依次刮涂第三防腐蚀涂层、导静电功能层、第二防腐蚀涂层、雷达吸波层、第一防腐蚀涂层、红外隐身层并于60℃温度环境下固化10-20h，控制膜厚在指定范围内，其中，导静电涂层的膜厚为。
利用电化学工作站，分别以表面涂覆的各层为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂网电极为对电极，溶液为3.5wt%的NaCl溶液，测试各涂层的开路电位，分别获得第三防腐蚀涂层、导静电功能层、第二防腐蚀涂层、雷达吸波层、第一防腐蚀涂层、红外隐身层的混合电位为-0.467V、-0.263V、-0.426V、-0.398V、-0.474V、-0.520V。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，其特征在于，所述耐海洋环境隐身材料防护***设于飞行器机体外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，
所述多层结构的各层均由树脂基体、功能填料构成，所述树脂为基材，是功能填料的载体以及各层的成膜物质；所述功能填料决定多层结构各层的性能类型；
所述多层结构中的各功能层，首先通过设计不同功能层组合、各层的胶黏剂种类、胶黏剂含量、功能填料种类、功能填料含量、辅助组分种类、辅助组分含量，在不同厚度的各功能层下进行仿真，获得不同指标参数下隐身材料涂层的混合电位，形成材料指标和混合电位的数据集；随后进行分析，获得各个指标的权重值，选择权重值高的指标，并重新利用数据集对指标和混合电位的关系进行拟合，针对单层功能层，采用如下的方式确定填料含量和层厚：
式中：为功能层相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为基体相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为功能填料相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为功能层的厚度，单位为μm；/>为功能填料占功能层的质量百分数；其中，/>和/>通过测量获得，/>均为常数，通过权重分析得到；
所述多层结构从外侧到内侧包括红外隐身层、第一防腐蚀涂层、雷达吸波层、第二防腐蚀涂层，所述第二防腐蚀涂层与机体表面接触；所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.20V。
2.一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，其特征在于，所述耐海洋环境隐身材料防护***设于飞行器机体外侧，耐海洋环境隐身材料防护***为多层结构，所述多层结构的各层均由树脂基体、功能填料构成，所述树脂为基材，是功能填料的载体以及各层的成膜物质；所述功能填料决定多层结构各层的性能类型；
所述多层结构中的各功能层，首先通过设计不同功能层组合、各层的胶黏剂种类、胶黏剂含量、功能填料种类、功能填料含量、辅助组分种类、辅助组分含量，在不同厚度的各功能层下进行仿真，获得不同指标参数下隐身材料涂层的混合电位，形成材料指标和混合电位的数据集；随后进行分析，获得各个指标的权重值，选择权重值高的指标，并重新利用数据集对指标和混合电位的关系进行拟合，针对单层功能层，采用如下的方式确定填料含量和层厚：
式中：为功能层相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为基体相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为功能填料相对标准氢电极的开路电位，单位为V；/>为功能层的厚度，单位为μm；/>为功能填料占功能层的质量百分数；其中，/>和/>通过测量获得，/>均为常数，通过权重分析得到；
所述多层结构从外侧到内侧包括红外隐身层、第一防腐蚀涂层、雷达吸波层、第二防腐蚀涂层、其他功能层、第三防腐蚀涂层，所述第三防腐蚀涂层与机体表面接触；所述红外隐身层和第一防腐蚀涂层之间的电位差小于0.05V；所述第一防腐蚀涂层和雷达吸波层之间的电位差小于0.10V；所述雷达吸波层和第二防腐蚀涂层之间的电位差小于0.15V；所述第二防腐蚀涂层和其他功能层之间的电位差小于0.20V；所述其他功能层和第三防腐蚀涂层之间的电位差小于0.25V；所述第三防腐蚀涂层和机体之间的电位差小于0.25V。
3.根据权利要求2所述的一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，其特征在于，所述其他功能层为导静电涂层或电磁修复涂层。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护***，其特征在于，所述多层结构的各层均通过配制涂料，刮涂或喷涂在飞行器机体表面并固化成膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311522994.9A CN117229665B (zh) | 2023-11-16 | 2023-11-16 | 一种基于层间电位差控制的耐海洋环境隐身材料防护*** |
Applications Claiming Priority (1)
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