一种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种制备热控膜层的方法。
【背景技术】
[0002]热控涂层又称温控涂层，是空间飞行器中热控系统所采用的一种重要的材料，是一种实现被动热控制的主要方式，用以调节固体表面热性能、光学性能，使表面达到热平衡的一类涂层。它可以通过自身的热物理特性，即太阳吸收率(as)和发射率(ε)来调节控制航天器表面的温度。
[0003]太阳吸收率决定了温度吸收度能力，当航天器环境温度过高时，为了保证仪器在高温下的正常运转，仪器温度必须控制在一个稳定的范围内。高吸收率(I)和发射率(ε)的热控涂层可增加仪器运行余热以及卫星整体废热的排除。
[0004]目前，高发射涂层是各国研究的热点，但是一些主流的制备方法各有不足:阳极氧化法着色或电镀黑色金属生长的氧化膜，投资大，成本高，电镀黑铬存在环境污染，黑钴涂层成本高，黑镍涂层耐蚀性差;利用有机粘结剂与黑色涂料混合刷涂的涂料型涂层，受环境PH值以及配制溶液比例影响很大，不能适应剧烈变化的高温环境;稀有金属高温制备黑色膜前处理要求严格，溶液稳定性低，膜层附着力和耐磨性差。
[0005]因此，寻求一种能够规避以上问题的高吸收高发射热控涂层材料成为现阶段研究亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要解决现有方法制备的黑化热控膜层存在反应条件苛刻，难以精确控制，制备的膜层易脱落、与基体的结合力差的问题，而提供一种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法。
[0007]—种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法，是按以下步骤完成的:
[0008]—、紫铜的预处理:
[0009]①、依次使用240#SiC砂纸、1000#SiC砂纸和1500#SiC砂纸对紫铜进行打磨处理，得到表面光亮的紫铜样片；
[0010]②、除油、酸洗:
[0011]将表面光亮的紫铜浸入到NaOH和Na2CO3混合液中15min?20min，再使用蒸馏水清洗3次?5次，再浸入到酸洗液中Imin?2min，再使用蒸馏水清洗3次?5次，再使用电吹风吹干，得到预处理后的紫铜；
[0012]步骤一②中所述的NaOH和Na2CO3混合液由Na0H、Na2C03和水混合制备而成；所述的NaOH和Na2CO3混合液中NaOH的质量分数为10 %?25 %，Na2CO3的质量分数为15 %?30 % ;
[0013]步骤一②中所述的酸洗液由质量分数为70%?98 %的!12504溶液、质量分数为65 %的HNO3和蒸馏水组成；所述的酸洗液中质量分数为70%?98%的出504溶液的体积分数为40%?55% ;所述的酸洗液中质量分数为65%的HNO3的体积分数为1%?4% ;
[0014]二、溶液沉积法制备热控涂层:
[0015]将步骤一②中得到的预处理后的紫铜浸入到温度为40°C?80°C的沉积液中，再在温度为40 °C?80°C下沉积反应1min?40min，得到表面沉积有黑化热控膜层的紫铜；
[0016]步骤二中所述的沉积液为次氯酸钠、氢氧化钠和水的混合液;所述的沉积液中次氯酸钠的浓度为50g/L?55g/L，氢氧化钠的浓度为85g/L?90g/L;
[0017]三、制备SnO2溶胶:
[0018]①、将蒸馈水和正丙醇混合，再在搅拌速度为60r/min?150r/min下搅拌0.5h?1.5h，得到水解溶液I;
[0019]步骤三①中所述的蒸馏水与正丙醇的体积比为(0.1?0.5):1;
[°02°] ②、将蒸馈水与异丙醇混合，再在搅拌速度为60r/min?150r/min下搅拌0.5h?Ih，得到水解溶液2;
[0021]步骤三②中所述的蒸馏水与异丙醇的体积比为(0.2?0.7):1;
[0022]③、将SnCl4.5H20溶解到正丙醇中，得到四氯化锡的醇溶液；
[0023]步骤三③中所述的SnCl4.5H20的质量与正丙醇的体积比为(0.5?1.3):1;
[0024]④、将水解溶液I在搅拌速度为40r/min?100r/min的条件下以40滴/min?80滴/min的滴加速度滴加到四氯化锡的醇溶液中，得到混合溶液A;将混合溶液A在搅拌速度为40r/min?100r/min下搅拌反应Ih?2h，再将水解溶液2在搅拌速度为40r/min?100r/min的条件下以60滴/min?100滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，得到混合溶液B;将混合溶液B在搅拌速度为40r/min?80r/min下搅拌反应Ih?2h，再放入密闭容器中陈化5天?7天，得到透明的SnO2溶胶；
[0025]步骤三④中所述的水解溶液I与四氯化锡的醇溶液的体积比为(0.5?0.9):1;
[0026]步骤三④中所述的水解溶液2与四氯化锡的醇溶液的体积比为(0.9?1.5):1;
[0027]四、制备T12溶胶:
[0028]将钛酸四丁酯和异丙醇混合，再在搅拌速度为60r/min?150r/min下搅拌反应
0.5h?Ih，得到混合溶液C;向混合溶液C中滴加乙酰丙酮，再在搅拌速度为60r/min?150r/min下搅拌反应2?5h，再以40滴/min?80滴/min的滴加速度滴加去离子水和异丙醇的混合溶液，得到混合溶液D;使用质量分数为65 %的HNO3溶液调节混合溶液D的pH值至2?3，再在搅拌速度为40r/min?100r/min下搅拌0.5h?lh，再放入密闭容器中陈化5天?7天，得到透明的T12溶胶；
[0029]步骤四中所述的钛酸四丁酯与异丙醇的体积比为(10?15):100;
[0030]步骤四中所述的乙酰丙酮与混合溶液C的体积比为(3?5):110;
[0031]步骤四中所述的去离子水和异丙醇的混合溶液中去离子水与异丙醇的体积比为(2.3?5.0):10;
[0032]步骤四中所述的混合溶液D中去离子水与钛酸四丁酯的摩尔比为(5?8):1;
[0033]五、涂层凝胶旋转涂覆:
[0034]将表面沉积有黑化热控膜层的紫铜放在甩胶台上，在甩胶台转速为lOOOr/min?1500r/min的条件下，将透明的SnO2溶胶涂覆在紫铜表面的黑化热控膜层上，再在甩胶台转速为lOOOr/min?1200r/min的条件下，将透明的Ti02溶胶涂覆在紫铜表面的Sn02溶胶上，得到涂覆溶胶后的紫铜；
[0035]六、将涂覆溶胶后的紫铜在温度为100°C下干燥30min?60min，再放入高温电阻炉中，再将高温电阻炉以20°C/min?30°C/min的升温速率升温至300°C?450°C，再在温度为300 0C?450°C下保温Ih?2h，再在炉内自然冷却，得到高吸收率高发射率的黑化热控膜层，即完成一种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法。
[0036]本发明的优点:
[0037]一、本发明制备的高吸收率高发射率的黑化热控膜层的太阳吸收率α大于0.97，发射率ε大于0.92，是良好的高吸收高发射膜层制备技术；
[0038]二、本发明在制备过程中使用的化学溶液氧化沉积法在中常温状态下反应，加热温度低，制备的膜层强度高;本发明制备的高吸收率高发射率的黑化热控膜层吸收率和发射率较高，克服了现有的其他制备方式制备的膜层反应条件苛刻导致的能量浪费及难以精确控制的问题，节约了成本，，解决了制备膜层的易脱落、结合力差等缺陷；
[0039]三、本发明在紫铜表面制备的高吸收率高发射率的黑化热控膜层，外观形成为黑化均匀的天鹅绒状黑化膜层，其耐腐蚀耐摩擦;表面原位生长膜层，结合强度高，300 °C下热震30次无脱落，热稳定性好。
[0040]本发明可获得一种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法。
【附图说明】
[0041 ]图1为实施例一步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的SEM图；
[0042]图2为实施例一步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的数码照片图；
[0043]图3为实施例二步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的SEM图；
[0044]图4为实施例二步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的数码照片图；
[0045]图5为实施例三骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的SEM图；
[0046]图6为实施例三步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的数码照片图；
[0047]图7为实施例二步骤六得到的高吸收率高发射率的黑化热控膜层的SEM图；
[0048]图8为实施例二步骤六得到的高吸收率高发射率的黑化热控膜层的数码照片图；
[0049]图9为实施例二步骤六得到的高吸收率高发射率的黑化热控膜层的EDS图；
[0050]图10为XRD图，图10中I为实施例二步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的XRD曲线，2为实施例四步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的XRD曲线，3为实施例五步骤二得到的表面沉积有黑化热控膜层的紫铜的XRD曲线，“?”为Cu，“▲”为CuO。
[0051]【具体实施方式】一:本实施方式是一种在紫铜表面制备高吸收率高发射率的黑化热控膜层的方法是按以下步骤完成的:
[0052]一、紫铜的预处理:
[0053]①、依次使用240#SiC砂纸、1000#SiC砂纸和1500#SiC砂纸对紫铜进行打磨处理，得到表面光亮的紫铜样片；
[0054]②、除油、酸洗:
[0055]将表面光亮的紫铜浸入到NaOH和Na2CO3混合液中15min?20min，再使用蒸馏水清洗3次?5次，再浸入到酸洗液中Imin?2min，再使用蒸馏水清洗3次?5次，再使用电吹风吹干，得到预处理后的紫铜；
[0056]步骤一②中所述的NaOH和Na2CO3混合液由Na0H、Na2C03和水混合制备而成；所述的NaOH和Na2CO3混合液中NaOH的质量分数为10 %?25 %，Na2CO3的质量分数为15 %?30 % ;
[0057]步骤一②中所述的酸洗液由质量分数为70%?98 %的￥04溶液、质量分数为65 %的HNO3和蒸馏水组成；所述的酸洗液中质量分数为70%?98%的出504溶液的体积分数为40%?55% ;所述的酸洗液中质量分数为65%的HNO3的体积分数为1%?4% ;
[0058]二、溶液沉积法制备热控涂层:
[0059]将步骤一②中得到的预处理后的紫铜浸入到温度为40°C?80°C的沉积液中，再在温度为40 °C?80°C下沉积反应1min?40min，得到表面沉积有黑化热控膜层的紫铜；
[0060]步骤二中所述的沉积液为次氯酸钠、氢氧化钠和水的混合液;所述的沉积液中次氯酸钠的浓度为50g/L?55g/L，氢氧化钠的浓度为85g/L?90g/L;
[0061 ]