【摘 要】
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如今随着时代的发展,科技的进步,新一批战斗装备在不断地更新迭代,军用飞机、无人机等新一代的战斗装备成为国家综合国力的重要体现。飞机在高空飞行会面临低温环境的挑战,表面容易出现结冰问题。一旦飞机表面结冰,飞行时安全隐患增加,因此飞机表面的防/除冰变得尤其重要。飞机表面传统的除冰方式主要依靠金属丝和贴片式电热元件进行长期供热,这种除冰方式存在一些缺点:消耗较多能源并且防/除冰效率低,加热元件与基体之间
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如今随着时代的发展,科技的进步,新一批战斗装备在不断地更新迭代,军用飞机、无人机等新一代的战斗装备成为国家综合国力的重要体现。飞机在高空飞行会面临低温环境的挑战,表面容易出现结冰问题。一旦飞机表面结冰,飞行时安全隐患增加,因此飞机表面的防/除冰变得尤其重要。飞机表面传统的除冰方式主要依靠金属丝和贴片式电热元件进行长期供热,这种除冰方式存在一些缺点:消耗较多能源并且防/除冰效率低,加热元件与基体之间结合强度低,加热均匀性差等。本论文主要研究喷涂合金粉末制备低功率的电热元件,结合在电热元件表面喷涂超疏水涂层,制备一种复合涂层结构用于防/除冰。这种结构设计具有如下优点:在低功率下除冰,减少能源的损耗,电热涂层与基体之间结合强度较大,超疏水涂层具有一定的抑冰效果。两种涂层结构结合使用使得复合涂层具有较好的防/除冰效果。实验采用大气等离子喷涂(APS)和超音速火焰喷涂(HVOF)制备Al50%Si50%(AlSi50)电热涂层。APS喷涂AlSi50涂层电阻率相较于HVOF要高,AlSi50涂层电阻率可以达到54×10-8Ω.m和平均结合强度可以达到9.5 MPa,并且在160℃温度下,具有较好的热震性能和高温稳定性。采用XRD,SEM对AlSi50粉末和涂层的表面形貌和截面形貌进行表征分析。AlSi50电热涂层施加不同功率,通过红外热成像观察涂层表面的温度分布及加热均匀性,APS喷涂后的AlSi50涂层表面加热均匀性较好。实验中只依靠电热元件用于防/除冰,很难完全达到的除冰效果,在此基础之上研究了超疏水涂层。通过加入CeO24 g、乙酸乙酯40 g、KH550 0.5/1.0 g、PDMS 0.5 g、TEOS 0.4g和DBTL 0.2 g制备超疏水涂层。依次喷涂氟碳漆、炭黑和CeO2粒子制备单层疏水涂层,平均接触角只有145.55°,滚动角达到50°以上,并且耐磨性和粘附力较差。依次喷涂氟碳漆、炭黑和CeO2粒子,超疏水CeO2粒子溶液制备双层超疏水涂层结构,平均接触角可以达到156°,滚动角为4.5°。双层涂层通过水冲击法和落沙法测得具有较好的耐磨性,同时通过划痕法和胶粘法测得具有较好的粘附力。采用SEM对涂层的表面形貌和截面形貌进行分析,涂层表面CeO2粒子被树脂包裹在一起,涂层表面具有较好的微-纳结构和极低的表面能,涂层表面表现出较好的超疏水性。复合涂层在防冰方面相较于传统涂层,只需施加3.511 W功率在-30℃低温环境下60 min无结冰。在薄除冰方面,复合涂层只需施加6.613 W功率,冰层2min开始融化,相较于传统结构节省66.12%的能量。复合涂层在厚除冰方面,可以节约7.6%的能量。
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