[发明专利]耐热和耐雨水侵蚀的涂层

说明书

背景技术

在某些情况下，一部分航空器的喷气式发动机废烟可在运行过程中接触 航空器表面的各个部分。这种接触可导致接触表面的局部发热。根据航空器 的类型和发动机的位置，接触表面可包括机身的各部分、控制表面、和/或机 翼。一些航空器采用反推力装置，当航空器在地面上时，该反推力装置帮助 操纵该航空器。在某些情况下，反推力装置可将热的发动机废气引到航空器 的表面上。例如，某些航空器上的反推力装置可将热的废气引到机翼的前缘。 热的废气可导致存在于航空器表面上(例如机翼前缘上)的常规涂层热降解。 涂层的热降解可导致不想要的涂层外观以及其它有害影响。

在航空器应用中，涂层的热降解可由于高速雨滴的冲击而扩大。飞行过 程中雨滴的冲击可进一步损害并侵蚀涂层。在涂层已存在应力的情况下，这 样的冲击可导致对涂层的严重损害包括，例如，暴露底层金属。

暴露的金属在需要降低航空器可视度的军事应用中尤其有问题。许多军 用航空器可具有设计成降低航空器可视度的伪装涂层。裸露的金属可导致高 反射表面，这将损害伪装涂层体系的整体效率。

已经开发了可以承受高温的商用高温涂层。然而许多这种涂层可具有使 其不适于用在航空器上的缺点。例如，某些高温涂层对飞行过程中高速雨滴 的反复冲击的抵抗可能不足。在某些情况下，这些涂层可能受到损害并因此 失效。

在其它情况中，涂层可能不易于粘附到航空器表面并且可能需要对待涂 布的表面进行专门的处理。表面打磨处理，例如喷砂处理，最初可导致改善 的涂层粘附力，但其通常是劳动密集的并且可能难以在航空器喷漆机库环境 下进行。而且具有喷砂处理表面的航空器部分在以后的再喷漆前可能更难以 剥离和再清洁。一些涂层可能需要加热固化以使涂层获得所需性能。在许多 情况下，可能无法对涂层进行热固化，在大机翼航空器的情况中尤为如此。

此外，某些涂层仅可在工厂环境中通过专门的加工装置进行涂布。在某 些情况下，待涂布的部分可能需要从航空器上移除。将这样的涂层涂布到已 有的航空器上并非总是可行的，因为与这种操作相关的成本高并且可能造成 航空器喷漆和再喷漆操作的延迟。

因此，仍然需要耐热和侵蚀的涂层，其可在未对待涂布表面进行大规模 预处理的情况下涂布，并且无需热固化或无需使用专门的加工装置。

发明内容

本发明的实施方案提供用于涂布金属表面和复合材料基材的溶胶-凝 胶，其克服了许多前述问题。在一个实施方案中，提供了包含有机硅烷化合 物和金属醇盐(例如乙醇钛)的溶胶-凝胶。有机硅烷和乙醇钛用作在基材 表面上形成膜涂层的粘合剂。有机硅烷分子上的官能部分能与基材形成强的 共价键。乙醇钛的存在还可帮助在基材和涂层之间形成共价键，并且还可用 作提高有机硅烷化合物交联或聚合以在基材表面上形成膜涂层的速度的催 化剂。在一个实施方案中，有机硅烷可包括3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅 烷(GTMS)。

在一个实施方案中，溶胶-凝胶涂层可包括水作为溶剂。在其它实施方 案中，溶胶-凝胶涂层还可包括用于活化粘合剂的活化剂。在某些实施方案 中，溶胶-凝胶涂层与粘合剂组分相比，可具有相对低的水含量，通常小于 40体积％。乙醇钛粘合剂可与各种化合物螯合以生成与水和GTMS相容的 水溶性络合物。结果，在本发明的一个实施方案中，提供基于水的溶胶-凝 胶，其包括反应性金属醇盐，该反应性金属醇盐可在环境条件下加速涂层的 固化速度。

在一个实施方案中，溶胶-凝胶可包括一种或多种颜料以及一种或多种 添加剂，该添加剂可帮助改善涂层的耐侵蚀性和耐热性。在某些实施方案中， 可对颜料进行选择，以便使所得到的涂层具有需要的外观、反射率、光泽度、 颜色等。通过溶胶-凝胶中高的颜料/添加剂担载量(loading)可改善涂层的 耐侵蚀性。在某些实施方案中，以有机硅烷和钛醇盐组分的体积计，颜料/ 添加剂担载量可为约20～40体积％。高的颜料担载量可帮助增强所得到的 膜，使得当粘合剂反应物(例如有机硅烷和钛醇盐)在固化过程中收缩时， 可降低粘合剂中的应力。结果，可改善涂层的整体强度和耐侵蚀性。