[发明专利]一种防覆冰复合涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种防覆冰复合涂层及其制备方法与应用，该复合涂层包括：金属膜层，位于基材表面；金属氮化物膜层，位于金属膜层之上；纳米棒状氧化锌层，位于金属氮化物膜层之上；以及疏水层，位于纳米棒状氧化锌层之上。本发明采用磁过滤阴极真空弧放电技术和真空脉冲磁控溅射技术得到的涂层具有优良的超疏水性能，可达到明显的防覆冰效果。

技术领域

本发明涉及采用物理气相沉积法进行表面改性的领域，特别是在金属基材表面制备防覆冰复合涂层的方法、所得到的复合涂层、复合涂层的应用。

背景技术

飞行器在高空低温及高湿度环境下，容易发生结冰现象而导致仪器零部件失灵，使飞行员失去判断飞行状态的依据，对飞行人员的安全造成严重威胁，因此需要进行快速地防除冰处理来降低飞行风险。目前常用的防覆冰方法为电加热方法，但是随着加热温度的升高和时间的增长，涂层容易氧化变色，疏水效果大幅度降低，不能完全满足飞行器结冰部件加热除冰等高温工况环境的需求，严重影响飞机零件的使用寿命。

CN107061193A公开了一种多层结构复合的防冰除冰系统及其组装方法，由双稳态复合材料层及通过耐热胶贴覆于双稳态复合材料层上、下表面的防水层和电热合金层构成；双稳态复合结构层由至少一层环氧树脂层和铺设在环氧树脂层内部的碳纤维构成，防水层包括金属基底和超疏水结构层。该发明通过将防水层、双稳态复合材料层和电热合金层结合成一个整体，从而形成一个多层结构复合功能的、高效的防冰除冰系统，具有防水、防覆冰特性，在通电后可产生电热并发生形变，起到快速除冰、排水的效果，并在短时间内可有效预防二次覆冰的发生，可根据不同应用领域而做出相应调整，如飞机螺旋桨、风力发电机和汽车部件等。该复合结构通过耐热胶贴进行结合，虽然可在一定程度上起到防覆冰效果，但是耐高温性有待提高。

CN105032731A公开了一种超疏水涂层与加热涂层复合的节能防除冰涂层制备方法，其是在超疏水涂层基础上增加了新型的加热涂层，将超疏水涂层防冰技术和热防冰技术结合，其中超疏水涂层是将商用气相二氧化硅用氟硅烷改性，再与树脂按适当比例混合，同时加入导热颗粒。其制备方法为在基材上喷涂隔热涂层，在隔热涂层上喷涂具有导热性能的防水保护涂层，然后再喷涂疏水涂料。同样，该发明虽然可以起到加热和疏水除冰的作用，但是其各层间的结合强度有待提高，在飞行器高速飞行频繁强烈的冲击下，涂层寿命受到很大的威胁。

CN105154879A公开了一种风速管复合涂层、其制备方法及具有该复合涂层的风速管，该风速管复合涂层包括：第一层过渡层；导电层，位于第一过渡层之上；第二过渡层，位于该导电层之上；导热层，位于该第二过渡层之上；第三过渡层，位于该导热层之上；疏水层，位于第三过渡层之上。其中过渡层为金属或金属氧化物层，疏水层为金属氮化物层。该复合涂层虽然具有综合的导电、导热及疏水性能，但疏水层为无机疏水层，疏水能力有待提高。

因此，需要开发一种防覆冰效果较好的用于飞行器零部件的复合膜层，以提高飞行器零部件工作过程中的可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种防覆冰复合涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术中涂层防覆冰效果差，以及在高温环境下使用时涂层寿命短的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种防覆冰复合涂层，该复合涂层包括：

金属膜层，位于基材表面；

金属氮化物膜层，位于所述金属膜层之上；

纳米棒状氧化锌层，位于所述金属氮化物膜层之上；以及

疏水层，位于所述纳米棒状氧化锌层之上。

本发明所述的防覆冰复合涂层，其中，所述金属膜层优选为Cr或Ti金属膜层，所述金属氮化物膜层优选为Cr或Ti金属氮化物膜层。