本发明属于红外辐射涂层材料，涉及一种低成本高红外发射率与强结合力涂层及其制备方法。
背景技术：
1、随着大功率集成电路高功率电子元器件等的飞速发展，对作为关键结构材料的金属材料及复合材料表面的热防护性能也提出了更大的要求。然而大多数金属材料及复合材料对红外辐射具有较高的反射率，因此红外发射率较低，表面的辐射散热能力较差，表面热量不能及时散出容易导致构件中的热应力分布不均而失效。因此要进一步提高材料的热管控能力，在其表面制备高红外发射率涂层可以达到更快散热的热管控效果。
2、高发射率材料主要以尖晶石、钙钛矿、堇青石陶瓷材料、半导体材料和纳米材料为主，目前众多学者所研究的高红外发射率涂层多以其中一种或多种材料作为高发射率填料，再通过等离子喷涂、电镀或热解碳沉积等方法使涂层与基材更好的结合，制备成本较高且工艺复杂，不适合大规模制备。文献1“xu m,yuan j,lu x,et al.infrared radiationand thermal cyclic performance of a high-entropy rare-earth hexaaluminatecoating prepared by atmospheric plasma spraying[j].ceramics international,2022(18):48.”采用大气等离子喷涂技术制备了高熵rmgal11o19(he-rma，r＝la，pr，nd，sm，gd)涂层，在1100℃退火100h时仍表现出高红外发射率(在1000℃下为0.932)。但是等离子喷涂成本较高，且喷涂效率较低，不适合大规模制备。文献2“vinetsky y,jambu j,mandlerd,et al.cnt-based solar thermal coatings:absorptance vs.emittance[j].coatings,2020,10(11):1101.”通过空气喷涂法将碳纳米管用溶剂分散后喷于基体上，得到一种高发射率涂层，发射率最高为0.9。虽然空气喷涂法工艺简单，成本较低，但是碳纳米管原料价格较高。文献3“song,guangpinghe,shifenghe,feiyao,yongtaoli,jianjunli,mingweihe,xiaodong.effect of doping graphene oxide on the structure andproperties of sio2 based high emissivity coatings[j].journal of appliedpolymer science,2020,137(23a24).”将氧化石墨烯以不同比例掺入无机sio2基涂层中，采用喷涂法并进行850℃热处理在铁基合金表面制备高发射率涂层，发射率在0.85以上，但是该方法需要高温热处理，成本较高且对基体耐高温要求较高，适用范围较小。
3、因此，优化涂层制备工艺，降低原料及设备成本，同时较低温度下制备孔隙分布均匀的高发射率与强结合力涂层成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种低成本高红外发射率与强结合力涂层及其制备方法，解决现有技术中涂层制备工艺复杂且制备成本高的问题。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种低成本高红外发射率与强结合力涂层，以质量份数计，包括纳米炭黑10～30份、粘结剂40～100份、发泡剂1～4份、n-n二甲基乙酰胺200～600份和无水乙醇1000～1500份。
4、进一步的，所述粘结剂为热固性聚酰亚胺树脂；
5、所述发泡剂为对甲苯磺酰肼。
6、进一步的，所述纳米炭黑的粒径为30～80nm。
7、进一步的，所述低成本高红外发射率与强结合力涂层的厚度为50～100μm。
8、一种所述低成本高红外发射率与强结合力涂层的制备方法，包括：
9、将聚酰亚胺树脂粉末溶解于n-n二甲基乙酰胺中，得到聚酰亚胺溶液；
10、将纳米炭黑分次加入到无水乙醇中，每次均超声分散至无明显团聚颗粒，加入对甲苯磺酰肼后再次超声分散，加入聚酰亚胺溶液，超声分散均匀，获得涂层浆料；
11、将涂层浆料通过空气喷涂法均匀喷于基材表面，在保护气氛下，对喷涂后的基材进行热处理，得到低成本高红外发射率与强结合力涂层。
12、进一步的，所述聚酰亚胺树脂粉末与n-n二甲基乙酰胺的质量比为1:4～8。
13、进一步的，所述涂层浆料中加入聚酰亚胺溶液的质量份数为100～600份。
14、进一步的，所述空气喷涂法采用的喷枪口径为0.5～1.5mm，喷涂压力为0.2～0.4mpa，喷枪的喷嘴与基材之间距离为10～30cm，喷涂次数为3～5次。
15、进一步的，所述保护气氛为氩气。
16、进一步的，所述热处理过程包括：缓慢升温至100℃，恒温30min，再升温到130～150℃，保温40min，继续升温至250～300℃，保温1～2h。
17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18、本发明提供一种低成本高红外发射率与强结合力涂层，通过选用价格低的商业化纳米炭黑作为主要高发射率填料，加入耐热性和粘结性较好的热固性聚酰亚胺树脂作为粘结剂，解决涂层喷涂后结合力较差的问题。同时，在涂层浆料中添加对甲苯磺酰肼，借助其热解发泡特性，优化涂层孔隙结构，从而避免粘结剂完全成膜，最终形成微孔结构涂层，解决涂层高红外发射率和高结合强度难以兼得的问题。本发明选用价格低商业化的原材料作为涂层的主要材料，优化涂层的构成，通过简单的制备工艺制备出界面结合力好、耐高温、成本低的红外高发射率涂层。
19、进一步的，在浆料中加入对甲苯磺酰肼后对涂层进行热解发泡，调节纳米炭黑与聚酰亚胺树脂在表面的分布，在涂层表面形成大量具有纳米级孔隙的网络结构，有利于表面红外辐射能力的提高，避免了聚酰亚胺树脂完全成膜，增加了炭黑颗粒之间的接触面积，提高了涂层的导热性。同时，有效解决了大量制备时颗粒团聚引起的发射率结果偏差较大的问题，大大提升了喷涂工艺的稳定性，1～22μm波段平均发射率可达0.94以上。
20、进一步的，涂层中聚酰亚胺树脂固化后耐高温性较好，可在380℃以下长期使用，且韧性强、耐疲劳度好、粘结性优异，使得涂层耐用性高，使用寿命长。
21、本发明还提供一种低成本高红外发射率与强结合力涂层的制备方法，利用对甲苯磺酰肼加热分解产生n2的特点，采用空气喷涂法与适当的热处理工艺处理后，使对甲苯磺酰肼在涂层中发泡，这些气体的释放可以在涂层表面构筑出以聚酰亚胺树脂为骨架、纳米炭黑为高发射率填料的均匀纳米网络结构，在具有高发射率的同时保持性能的稳定性，聚酰亚胺完全固化后优异的粘结性和耐温性使其具有极好的结合力。本发明制备工艺简单、周期短且成本低，可用于大规模工业生产，且制备出的微孔结构涂层具有发射率高、结合力好、孔隙可控和密度低等优点，满足大多数金属及复合材料散热的需求。