专利名称：一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及钛合金表面涂层的制备方法。
背景技术：
随着航天事业的发展，对航天器的要求越来越高，钛合金以其特有的优势越来越多的作为结构材料及蒙皮材料，广泛应用于航天器。飞行器在轨运行时，由于要长期处在太阳辐照和背阴面的交替变化中，在受太阳辐射时，最高温度达200°C，过高的温度产生的应力很不利于内部精密仪器的正常工作，因此应当在飞行器受太阳辐照时尽可能快的将热量散发出去，降低表面温度，为仪器的正常工作提供保证。然而由于钛合金自身发射率低，不能有效的散热，因此有必要对其进行表面处理，在其表面制备出一层热控涂层，有效控制航天器内外温度。热控涂层的制备方法有以下几种:一般通过阳极氧化着色或者电解着色方法得到的是一种以阳极氧化膜为基础的涂层，这类涂层厚度较薄，起到的作用有限；还可以利用粘结剂将粉体热控材料混合后涂敷到基材表面得到热控涂层，但这类涂层又存在结合力弱、有机粘结剂耐空间辐照性能差及热稳定性差的问题；此外，还有通过第二表面镜制备的涂层，它由对可见光透明性好且具有高发射率的石英第一表面和对可见光具有高反射率的银第二表面组成，虽然这类涂层的太阳吸收率很低，但是仍然存在发射率低、制备工艺复杂、成本高等弊端。
发明内容
本发明是要解决钛合金材料太阳吸收率高，发射率低，且与基底的结合力和热稳定性差的问题，而提供一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法。
一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的:一、用砂纸打磨钛合金表面，再用丙酮清洗钛合金表面；二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为lA/dm2 20A/dm2、正向电压为200V 800V、电源频率为50Hz 3000Hz、占空比为10% 50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8 13的条件下微弧氧化反应5min 60min,在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为5g/L 20g/L，辅助成膜剂的浓度为0.lg/L 20g/L。本发明的有益效果是:本发明利用微弧氧化的方法在钛合金表面原位生长出金属陶瓷涂层，该涂层具有低太阳吸收率高发射率的特性，并且与基底的结合力好，热稳定性好，很好的弥补了以往涂层的不足。微弧氧化又称等离子体氧化技术，是一种在阳极氧化基础之上发展起来的一种表面处理方法，具有电解液体系简单，经济实用，工艺条件简单，对基底形状无要求，而且所制备得到的涂层具有表面均匀，耐腐蚀，耐摩擦，抗热震性能良好，结合力好等一系列优点。钛合金微弧氧化在一定程度上解决钛合金热防护的问题。本发明所制得的涂层外貌为白色或灰白色，均匀美观。涂层厚度达到30μπι 120 μ m，且厚度可调，由于是原位生长，故具有结合力好，抗热震性能好的特性，并且太阳吸收率为0.35 0.6，发射率为0.8 0.95，是性能优良的低太阳吸收率高发射率热控涂层。本发明制备的涂层在温度为500°C条件下，保温2min，再放入到水中冷却，反复进行热震实验10次，涂层不脱落，表明本发明所制得的涂层具有优良的结合力和热稳定性。本发明用于制备一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层。
图1为实施例制备的涂层的XRD谱图与金红石TiO2Pdf卡片的XRD对照图，其中“a”代表实施例一，“b”代表实施例二，“c”代表实施例三，“d”代表基底，“.”代表金红石TiO2;图2为实施例一制备的涂层的SEM照片；图3为实施例二制备的涂层的SEM照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一:本实施方式一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的:一、用砂纸打磨钛合金表面，再用丙酮清洗钛合金表面；二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为lA/dm2 20A/dm2、正向电压为200V 800V、电源频率为50Hz 3000Hz、占空比为10% 50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8 13的条件下微弧氧化反应5min 60min,在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为5g/L 20g/L，辅助成膜剂的浓度为0.lg/L 20g/L。本实施方式所制得的涂层外貌为白色或灰白色，均匀美观。涂层厚度达到30 μ m 120 μ m,且厚度可调，由于是原位生长，故具有结合力好，抗热震性能好的特性，并且太阳吸收率为0.35 0.6，发射率为0.8 0.95，是性能优良的低太阳吸收率高发射率热控涂层。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中主成膜剂为娃酸盐，辅助成膜剂为磷酸盐。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中成膜剂的浓度为6g/L 18g/L，辅助成膜剂的浓度为0.5g/L 15g/L。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是:步骤二中成膜剂的浓度为10g/L，辅助成膜剂的浓度为lg/L。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是:步骤二中成膜剂的浓度为15g/L。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中控制电流密度为8A/dm2。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中电源频率为IOOHz IOOOHz。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八:本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是:步骤二中电源频率为500Hz。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤二中微弧氧化反应IOmin 50min。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十:本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是:步骤二中微弧氧化反应30min。其它与具体实施方式
一至九之一相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果:实施例一:本实施例一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的:一、用砂纸打磨钛合金表面，再用丙酮清洗钛合金表面；二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧 氧化电源供电，在电流密度为8A/dm2、正向电压为600V、电源频率为500Hz、占空比为50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8的条件下微弧氧化反应30min，在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为10g/L，辅助成膜剂的浓度为lg/L。本实施例中主成膜剂为硅酸钠；辅助成膜剂为次亚磷酸钠。本实施例制备的涂层在温度为500°C条件下的马弗炉中烧2min，再热震10次，涂层不脱落，说明本实施例制备的涂层具有优良的结合力和热稳定性。本实施例制备的涂层的厚度为75.4 μ m、粗糙度为5.1 μ m，太阳吸收率为0.45，半球发射率为0.9。本实施例制备的涂层的SEM照片如图2所示。实施例二:本实施例一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的:一、用砂纸打磨钛合金表面，再用丙酮清洗钛合金表面；二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为8A/dm2、正向电压为600V、电源频率为500Hz、占空比为50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8的条件下微弧氧化反应30min，在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为15g/L，辅助成膜剂的浓度为lg/L。
本实施例中主成膜剂为硅酸钠；辅助成膜剂为次亚磷酸钠。本实施例制备的涂层的厚度为55.9.4 μ m、粗糙度为4.6 μ m，太阳吸收率为0.62，半球发射率为0.9。本实施例制备的涂层的SEM照片如图3所示。实施例三:本实施例一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的:—、用砂纸打磨钛合金表面，再用丙酮清洗钛合金表面；二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为8A/dm2、正向电压为600V、电源频率为500Hz、占空比为50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8的条件下微弧氧化反应30min，在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为20g/L，辅助成膜剂的浓度为lg/L。本实施例中主成膜剂为硅酸钠；辅助成膜剂为次亚磷酸钠。本实施例制备的涂层的厚度为34.5 μ m、粗糙度为3.8 μ m，太阳吸收率为0.78，半球发射率为0.87。上述实施例制备的涂层的XRD谱图与金红石TiO2Pdf卡片的XRD对照图如图1所示，其中“a”代表实施 例一，“b”代表实施例二，“c”代表实施例三，“d”代表基底，“.”代表金红石Ti02。本发明所制得的涂层外貌为白色或灰白色，均匀美观。涂层厚度达到30μπι 120 μ m，且厚度可调，由于是原位生长，故具有结合力好，抗热震性能好的特性，并且太阳吸收率为0.35 0.6，发射率为0.8 0.95，是性能优良的低太阳吸收率高发射率热控涂层。
权利要求
1.一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的: 一、用砂纸打磨钛合金表面,再用丙酮清洗钛合金表面； 二、将清洗后钛合金置于不锈钢电解槽的电解液中，钛合金作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为lA/dm2 20A/dm2、正向电压为200V 800V、电源频率为50Hz 3000Hz、占空比为10% 50%，电解液的温度不超过40°C、电解液的pH值为8 13的条件下微弧氧化反应5min 60min,在钛合金表面原位生长一层低太阳吸收率高发射率陶瓷涂层，完成一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法；电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，主成膜剂的浓度为5g/L 20g/L，辅助成膜剂的浓度为0.lg/L 20g/L。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中主成膜剂为硅酸盐，辅助成膜剂为磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中成膜剂的浓度为6g/L 18g/L，辅助成膜剂的浓度为0.5g/L 15g/L。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中成膜剂的浓度为10g/L，辅助成膜剂的浓度为lg/L。
5.根据权利要求3所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中成膜剂的浓度为15g/L。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中控制电流密度为8A/dm2。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中电源频率为IOOHz IOOOHz。
8.根据权利要求7所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中电源频率为500Hz。
9.根据权利要求1所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中微弧氧化反应IOmin 50min。
10.根据权利要求9所述的一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，其特征在于步骤二中微弧氧化反应30min。
全文摘要
一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，本发明涉及钛合金表面涂层的制备方法。本发明是要解决钛合金材料太阳吸收率高，发射率低，且与基底的结合力和热稳定性差的问题。方法一、打磨清洗钛合金；二、微弧氧化。本发明所制得的涂层外貌为白色或灰白色，均匀美观。涂层厚度达到30μm～120μm，且厚度可调，由于是原位生长，故具有结合力好，抗热震性能好的特性，并且太阳吸收率为0.35～0.6，发射率为0.8～0.95，是性能优良的低太阳吸收率高发射率热控涂层。本发明用于制备一种钛合金表面低太阳吸收率高发射率涂层。
文档编号C25D11/26GK103194780SQ20131011104
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者姚忠平, 牛翱翔, 沈巧香, 胡冰, 姜兆华 申请人:哈尔滨工业大学