[发明专利]采用等离子喷涂制备PbSn合金内衬复合材料压力容器方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用等离子喷涂制备PbSn合金内衬复合材料压力容器方法，属于材料领域。

背景技术

复合材料压力容器是空间系统发动机的重要组成部分，其用途是解决航天飞行器中的气体燃料携带问题。由于复合材料压力容器不仅兼顾了金属内衬的良好加工性、气密性、耐蚀性和高强度、高韧性等特点，又综合了复合材料重量轻、安全性好以及良好的可设计性等优点，与纯粹的全金属压力容器相比，复合材料压力容器具有结构质量轻、外形尺寸选择灵活、安全性及可靠性高、耐腐蚀、耐疲劳性能好等显著特点。容器性能因子高，约为钛合金的1.5～3倍；在相同容积和压力条件下，可节省钛合金气瓶约25%～50%的质量；负载工作寿命长；高可靠；生产费用低、周期短。

传统的复合材料压力容器结构一般由金属内衬层(铝合金或钛合金)、纤维缠绕层组成。金属内衬层用来储存液态燃料，主要作用是气密、防腐、耐温和耐压。外层使用纤维缠绕来增强性能。主要作用是保证压力容器在受力的情况下，具有足够的强度、刚度和稳定性。目前国内外研究人员在减重上均致力于减少内衬厚度方向上，但是作为承载内衬的铝合金来说，承载能力很小，同时受到加工工艺的限制，当前一般只能制造出内衬厚度在1—2mm左右的复合材料压力容器，因此，其质量还是很重的。

发明内容

本发明目的是为了解决现有复合材料压力容器的质量过重的问题，提供了一种等离子喷涂制备PbSn合金内衬复合材料压力容器的方法。

本发明方法包括以下步骤：

步骤一、在与压力容器形状相符的芯模上制备浸有环氧树脂的碳纤维缠绕复合材料缠绕层；

步骤二、在碳纤维缠绕复合材料缠绕层的内壁制备掺杂金属粉末的树脂过渡层；

步骤三、将制备的纤维缠绕层及掺杂金属粉末的树脂过渡层固化；

步骤四、在固化后的树脂过渡层内壁采用等离子喷涂方式制备压力容器内衬层。

本发明的优点：本发明获得的新型压力容器内衬材料与纤维缠绕层结合强度可达14.2MPa，内衬厚度为0.1-0.2mm。内衬涂层表面光滑平整，孔隙率小，与传统纤维缠绕金属内衬复合材料压力容器相比，重量能减少约20%。在不影响整体性能的基础上实现了节约成本，改善制备工业，提高可重复使用次数的目标。

 附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式方法包括以下步骤：

步骤一、在与压力容器形状相符的芯模上制备浸有环氧树脂的碳纤维缠绕复合材料缠绕层；

步骤二、在碳纤维缠绕复合材料缠绕层的内壁制备掺杂金属粉末的树脂过渡层；

步骤三、将掺杂金属粉末的树脂过渡层固化；

步骤四、在固化后的树脂过渡层内壁采用等离子喷涂方式制备压力容器内衬层。

步骤一制备浸有环氧树脂的碳纤维缠绕复合材料缠绕层的过程为：

步骤a、将碳纤维浸入环氧树脂中，让碳纤维表面充分粘上环氧树脂；

步骤b、在与压力容器形状相符的芯模上用浸有环氧树脂的碳纤维以[0/90/45/90/0]_n方式进行铺层，n为自然数，1<n≤4，

经过n次铺层后，撤去芯模，形成碳纤维缠绕复合材料缠绕层。

碳纤维缠绕层起到一定的气密保护作用。是贮存的气体屏障层。以[0/90/45/90/0]_n方式进行铺层是经过优化设计的，可以得到良好的气密保护作用。

步骤二掺杂的金属粉末为Al粉末，制备掺杂金属粉末的树脂过渡层的过程为：将Al粉末：环氧树脂以质量比为1：4的比例混合，然后在碳纤维缠绕复合材料缠绕层的内壁涂覆作为过渡层，涂覆厚度为100μm～200μm。

制备过渡层的好处有两点：

1、防止等离子喷涂时温度过度破坏浸有环氧树脂的碳纤维层。

在喷涂过程中，熔融的金属粒子温度可达到1000K以上，而由于碳纤维缠绕层合板表面的环氧树脂裂解温度只有500K左右，高温的熔融金属粒子在撞击到浸有环氧树脂的碳纤维缠绕复合材料缠绕层（即：基板）表面时，由于温度过高，会对基板表面的树脂产生破坏现象。所以，要在纤维缠绕层合板表面制备掺杂金属粉末的树脂过渡层；

2、掺杂的金属粉末与熔融的金属粒子之间产生一定的扩散现象，使得涂层与基体之间的结合方式由单一的机械结合转变为冶金结合和机械结合共同作用的结果，可以提高整体涂层与基板之间的结合强度。