耐高温防刮轻质涂层及其制法和在无人机上的应用

本专利属于新材料，涉及涂层材料制备技术，特别涉及一种耐高温防刮轻质涂层及其制法和在无人机上的应用。

背景技术：

1、近些年来，特殊设备对于涂层的性能要求日益提高，其中耐高温性能是需要进入高温环境的特殊设备的重要考量指标。

2、发明人团队在2022年首次提出了“轻质”且“耐高温”涂层的技术构想，并完成了相应的技术研发。在相关技术成果中，提出了将具有“辐照保温”性能材料和具有“辐照隔热”性能材料配合的技术方案，并使得所得涂层在达到在1300℃温度下，确保涂层背面在15分钟内温度不高于50℃的优异耐高温效果?；诖?，发明人申请了两项发明专利cn115521676b和cn115521695b。发明人团队前述的技术克服了诸如沈航[1]等人所得传统涂层难以在高温下控制涂层背面温度达到一般电子设备的工作温度(即50℃以下)的缺陷。

3、为了在前述“轻质”且“耐高温”涂层体系下作进一步的的研究，发明人团队针对已有涂层在防热震方面的弊端进行了深入探索，并于2023年10月30日申请了耐高温且防热震的轻质涂层材料(受理号202311431106.2)。该专利解决了无人机进入火场后，由于落水或被救火用水喷淋后，从高温环境突然遇到低温环境易造成的涂层开裂或剥落现象的问题。

4、除了热震问题之外，火场中容易产生硫化氢气体，这些气体对于无人机涂层也容易产生腐蚀。当无人机反复进入含有硫化氢气体的环境后，容易因腐蚀造成防刮性能降低。发明人经过试验发现，cn115521695b所得涂层在经过反复进入高温和硫化氢气体环境后，涂层的防刮性能出现了大幅下降。因此，如何解决这一问题，是所得涂层能否使得无人机具有更长服役寿命的关键。

5、现有技术对于防硫化氢腐蚀的涂层，主要集中在石油石化装置方面，原因在于硫化氢作为溶解气体存在于原油或地质水中，会对钻采设备产生严重的腐蚀。一般而言，由于石油石化装置对于轻质化的需求不高，使得这方面设备的防腐涂层的厚度通常达到0.3mm以上[2]，难以做到轻质化。更为重要的是，这方面的设备对于耐高温性能也没有过多要求。这就导致石油石化方面的耐硫化氢腐蚀的涂层很难适用于无人机的耐高温、轻质和耐硫化氢腐蚀涂层的研制。

6、因此，如何在制备能在1300℃的温度环境中，确保涂层内的无人机组件能在较长时间内处于不高于50℃温度的工作环境下工作的涂层的基础上，还能使得所得涂层具有较好的耐硫化氢腐蚀以及防刮效果，是本领域进一步需要解决的问题。

7、[1]沈航.水性基料在超薄型钢结构防火防腐涂层体系构建中的应用[j].涂料工业,2018,48(04):35-42.

8、[2]王磊,丁超,康绍炜等.石墨烯改性抗h_2s酸性介质高效防腐涂层技术的研究与应用[j].电镀与涂饰,2021,40(14):1101-1109.doi:10.19289/j.1004-227x.2021.14.008.

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供耐高温且防热震的轻质涂层材料，该涂层在0.05mm的涂层厚度下，不但可以在1300℃温度下，确保涂层背面在15分钟内温度不高于50℃；同时还可以具有优异的耐硫化氢腐蚀和防刮性能，能够在30个1300℃-硫化氢气体环境循环中不对防刮性能产生明显影响。

2、因此，如无特殊说明，在本发明中所称的“耐高温防刮轻质涂层”应理解为能满足上述要求的涂层材料。

3、为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

4、一种耐高温防刮轻质涂层，其特征在于，所述涂层包括如下组分a、组分b和组分c；

5、所述组分a的成分，按重量份计，包括25～28份二氧化硅中空微球、12～15份沸石、5份硅酸锂；

6、所述组分b中的成分，按重量份计，包括3～5份镁铝水滑石、5～7份硅藻土、6～8份纳米三氧化钨、3～5份纳米二氧化钛、3～5份纳米氧化锆、3～5份纳米氧化铜、12～15份纳米三氧化二铝、3～5份纳米二氧化硅、5～8份纳米硼酸锌、3～5份纳米氧化镧；

7、所述组分c中的成分，按重量比2:1:4:20～25计，由乙二醇、磺酸甜菜碱、乙烯基三甲氧基硅烷、水性聚氨酯组成；

8、所述组分a、组分b和组分c的重量比为(40～50):(60～70):(100～110)。

9、如本发明的实施例所示，本发明可以使得涂层在0.05mm的厚度下，在1300℃下可以使得涂层基材的温度在15分钟以上不高于50℃，同时还可以具有优异的抗热震性能，能够在30个1300℃-硫化氢气体环境循环中不对防刮性能产生明显影响。

10、如本发明的一个对比例所示，发明人团队此前研究成果cn115521695b所得的涂层虽然具有较好的耐盐雾效果，也具有一定的防刮性能。不过，当发明人团队长时间观察后，其所得涂层在频繁进入含硫化氢气体环境后，涂层耐高温性出现了下降，导致无人机内部元器件过热损坏。针对该现象，发明人团队设计了高温-硫化氢气体环境测试方案。其中，高温测试仍采用1300℃，硫化氢气体测试环境参考《硫化氢气体腐蚀试验方法的确定》[3]。经过测试，发明人发现cn115521695b所得的涂层在经历13个循环后，涂层的防刮性能和耐高温性能均出现下降。

11、通过大量实验后，发明人发现在不改变发明人此前已发现的将“辐照保温”性能材料和具有“辐照隔热”性能材料配合的技术体现的基础上，通过调整a、b、c组分的构成，在使得涂层仍然具有轻质耐高温的性能的基础上，使得耐硫化氢腐蚀的效果得到了大幅度的增强。其中，沸石的引入和其他各组分的调整，是关键。

12、据发明人所知，在涂层上引入沸石以抗硫化氢腐蚀的报道不多，其机制尚未清楚。另外，发明人也发现，沸石的加入并非是获得本发明所得涂层性能的唯一关键。由此，涂层在耐高温的基础上，如何进一步提高防腐蚀和防刮的性能，尚未总结出其中的机理，仍是一项艰难的技术研发任务。

13、本发明对于本领域的贡献在于：制备了一种能在1300℃下可以使得涂层基材的温度在15分钟以上不高于50℃，同时还可以具有优异的抗热震性能，能够在30个1300℃-硫化氢气体环境循环中不对防刮性能产生明显影响。

14、优选地，所述组分a中，硅酸锂的粒径为10～20nm，沸石和二氧化硅中空微球的粒径为200～300nm。

15、优选地，所述组分b中，各种纳米纳米氧化物的粒径为200～300nm。

16、优选地，组分a按重量份计，包括26份二氧化硅中空微球、13份沸石、5份硅酸锂。

17、优选地，所述组分c中的成分，按重量比2:1:4:22计，由乙二醇、磺酸甜菜碱、乙烯基三甲氧基硅烷、水性聚氨酯组成。

18、优选地，所述组分b中的成分，按重量份计，包括4份镁铝水滑石、6份硅藻土、7份纳米三氧化钨、4份纳米二氧化钛、4份纳米氧化锆、4份纳米氧化铜、13份纳米三氧化二铝、4份纳米二氧化硅、6份纳米硼酸锌、4份纳米氧化镧。

19、优选地，所述组分a、组分b和组分c的重量比为9:13:21。

20、本发明还提供了由上述涂层的制备方法，所述制备方法为将所述各组分混合均匀，混合时加水搅拌。

21、优选地，按组分b中各成分所述重量份，将各成分混合，加入去离子水，在50～60℃下，于1000～1500rpm搅拌均匀；然后加入组分c，于50～60℃下于1000～1500rpm下搅拌，最后加入组分a，在50～60℃下，于2000～2500rpm搅拌均匀，即得。

22、本发明还提供了由上述方法制备得到的耐高温防刮轻质涂层在作为无人机涂层方面的应用。在实际应用时，涂层的厚度可以不超过0.1mm。

23、[3]巫铭礼,刘抚英.硫化氢气体腐蚀试验方法的确定[j].特殊电工,1978,(03):43-63.

24、本发明的有益效果：

25、本发明提供的耐高温轻质涂层，具有优异的隔热效果，所得涂层厚度在0.05mm时，在1300℃下可以使得涂层基材的温度在15分钟以上不高于50℃；同时还可以具有优异的耐硫化氢腐蚀和防刮性能，能够在30个1300℃-硫化氢气体环境循环中不对防刮性能产生明显影响。