[发明专利]一种钛合金基体上耐高温高发射率涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金基体上涂层的制备方法。

背景技术

高超声速飞行器在飞行过程中，飞行器周围的空气因受剧烈压缩而出现极其严重的气动加热现象，如果没有可靠的热防护措施，飞行器的推进系统连同其他子系统，如航电系统、飞控系统等将暴露在高温下，使飞行器内部器件损坏。钛合金由于其比重小、强度高和耐高温的特点而越来越多的被作为外蒙皮应用于高超声速飞行器上。但钛合金表面发射率低，飞行器高速飞行时产生的热量易向飞行器内部传递，使飞行器内部的电子器件受损，所以需要在钛合金表面制备一层高发射率涂层，现有的高发射率涂层主要有三类：一是通过电化学方法在基体表面沉积的阳极氧化物涂层；二是将高发射率氧化物粉末分散于胶黏剂中后涂覆到基体表面；三是用溶胶凝胶法直接涂覆后再经热处理制备高发射率涂层。上述方法制备的涂层与基体的结合差，其剪切强度≤10MPa，飞行器在高速飞行时，由于气动冲击，涂层容易脱落，同时由于气动加热，使表面温度升高，用胶黏剂涂覆方法制备的涂层在500℃以上的温度使用时，涂层中的有机物分解导致涂层脱落。随着现代飞行器飞行速度的不断增加，气动加热愈加严重，这三种方法制备的涂层使用的局限性越来越明显。

发明内容

本发明的是为了解决现有钛合金表面高发射率涂层的结合力低、热震性能差的问题，而提供一种钛合金基体上耐高温高发射率涂层的制备方法。

本发明的一种钛合金基体上耐高温高发射率涂层的制备方法按以下步骤进行：一、将钛合金的表面用2000号砂纸打磨去掉表面的氧化层，然后放入丙酮中超声清洗3min～10min；二、电解液由主盐、分散剂、添加剂和水配成，主盐浓度为5g/L～50g/L，分散剂浓度为4g/L～40g/L，添加剂浓度为2g/L～20g/L；三、将经步骤一处理的钛合金置于装有经步骤二配制的胶体电解液的不锈钢槽体中，以钛合金做阳极、不锈钢槽体为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，在脉冲电压为350V～600V、频率为50Hz～3000Hz、占空比为10％～45％、电解液温度为20℃～40℃的条件下微弧氧化10min～90min，即可在钛合金基体上制备耐高温高发射率涂层；其中步骤二中所述的主盐为磷酸三钠、硅酸钠和偏铝酸钠中的一种或其中几种的组合；步骤二中所述的添加剂为氧化铁粉末、氧化镍粉末、氧化铜粉末、氧化钴粉末、氧化铬粉末、碳化硅粉末和氮化硼粉末中的一种或其中几种的组合；步骤二中所述的分散剂为EDTA二钠、壬基酚聚氧乙烯醚NP-5、壬基酚聚氧乙烯醚NP-9和辛基酚聚氧乙烯醚OP-10中的一种或其中几种的组合。

所述的钛合金为TC4或TA15；

利用微弧氧化技术使钛合金表面上的氧化层处于微等离子体的高温高压的作用下而发生相和结构的变化，制备的涂层是原位生长的，与基底是冶金结合，与基体具有良好的结合力，且具有良好的韧性、耐腐蚀、耐磨特性及良好的绝缘性，而且微弧放电区瞬间高温高压过程对基体未氧化的区域没有影响，涂层颜色、相组成、厚度、力学性能通过工艺参数(电参数、电解质等)的调节在较宽的范围内可控，设备简单、操作方便，经济高效，生产过程中无需气氛保护或真空条件，制备过程无环境污染性废液及废气的排放是一种绿色环保型制备方法。本发明利用微弧氧化法制备氧化涂层的方法是通过电解液与相应电参数的组合，在合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层，本发明通过将具有高发射率性质的粉体物质分散在电解液中，使其在放电过程中直接掺杂进入到膜层中，从而实现向膜层中直接引入不能由微弧氧化过程直接生成的高发射率物质，在保持微弧氧化方法制备的涂层与基体具有了良好结合力的特性同时，达到强化涂层耐高温性和发射率的目的。本发明方法得到的氧化物涂层厚度为5μm～50μm，粗糙度Ra为2μm～4μm；涂层原位生长，与基体结合良好，其拉伸强度≥30MPa，剪切强度为15MPa～25MPa；涂层热震性能好，在测试条件为700℃到室温的热震实验中循环100次，涂层不脱落；在测试条件为700℃时，红外波长为3μm～8μm时涂层的发射率为0.6～0.9，红外波长为8μm～20μm时涂层的发射率为0.8～1.0；涂层的耐高温性能好，在测试条件为700℃的条件下放置100小时后，涂层不脱落。

附图说明

图1是具体实施方式十九制备的涂层的X射线衍射图；图2是具体实施方式十九制备的涂层的扫描电镜图；图3是具体实施方式十九制备的涂层的电子能谱分析图；图4是具体实施方式十九制备的涂层的发射率谱图。

具体实施方式