金屬-聚氨酯紅外低發(fā)射率復(fù)合涂層界面改性及性能研究.pdf

1、隨著紅外探測(cè)設(shè)備和紅外制導(dǎo)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(guān)注的話題，特別是由銅(Cu)填料和聚氨酯(PU)組成的金屬/PU復(fù)合涂層在IRLEC領(lǐng)域有應(yīng)用的潛力。然而，Cu/PU涂層較差的耐腐蝕性和力學(xué)性能是限制其應(yīng)用的主要原因。在本文中，我們研究了界面改性對(duì)低發(fā)射率涂層腐蝕性能及力學(xué)性能的影響。并且，計(jì)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(xué)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(dǎo)產(chǎn)生了較強(qiáng)的化學(xué)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(xué)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(xué)界面結(jié)合，而CTAB只能促進(jìn)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(xué)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(fù)合粉表面形成了油層，與有機(jī)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(qiáng)度保持不變，而球磨Ag@Cu/PU涂層的沖擊強(qiáng)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(dǎo)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(xué)性能之間呈現(xiàn)“U”型曲線，Al/PU復(fù)合

5、涂層在40 wt.％Al含量時(shí)具有良好的附著力和沖擊強(qiáng)度。Al氧化生成的Al2O3不會(huì)犧牲PU本身的耐腐蝕性能，并且低發(fā)射率復(fù)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(dǎo)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(fù)合涂層在青銅含量低于50 wt.％時(shí)具有良好的附著力和沖擊強(qiáng)度，但是當(dāng)青銅含量從50 wt.％升高到60 wt.％時(shí)涂層的力學(xué)性能下降

6、。低發(fā)射率青銅/EPU復(fù)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(gòu)-電化學(xué)模型預(yù)測(cè)了紅外低發(fā)射率復(fù)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(xué)數(shù)據(jù)作為基于機(jī)理的腐蝕模型的輸入，從而預(yù)測(cè)涂層的壽命。為了檢測(cè)計(jì)算結(jié)果，模型預(yù)

7、測(cè)與鹽霧測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。該模型能夠預(yù)測(cè)IRLEC的鹽霧壽命，但在短時(shí)間對(duì)壽命預(yù)測(cè)不足，長(zhǎng)時(shí)間過高預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)不足可能與聚合物對(duì)金屬顏料顆粒的腐蝕保護(hù)有關(guān)。在較長(zhǎng)時(shí)間模型過高預(yù)測(cè)可能與孔隙率的影響沒有包括在這個(gè)簡(jiǎn)單的模型內(nèi)有關(guān)。
　　 IRLEC的力學(xué)性能隨著加熱溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，涂層的最高耐受溫度為573K。采用Arrhenius關(guān)系計(jì)算了紅外低發(fā)射率復(fù)合涂層在不同馬赫數(shù)下沖擊強(qiáng)度下降至某一水平的力學(xué)壽命。與觀測(cè)數(shù)

8、據(jù)相比，計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)的有效性。
　　 IRLEC的發(fā)射率隨著加熱溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，涂層失效時(shí)的發(fā)射率隨著馬赫數(shù)的減小而升高。采用Arrhenius關(guān)系計(jì)算了紅外低發(fā)射率復(fù)合涂層的耐鹽水腐蝕壽命。計(jì)算結(jié)果與耐鹽水實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)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(shí)間的延長(zhǎng)而升高。采用Arrhenius關(guān)系計(jì)算了紅外低發(fā)射率復(fù)合涂層的耐濕熱壽命。計(jì)算結(jié)