[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耐高温高发射率涂层，现有的耐高温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力≤10MPa，在700℃至室温范围内的热震试验中，涂层中的有机物分解或者仅能承受几次循环，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基体上耐高温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、按主盐浓度为5g/L～50g/L和添加剂浓度为2g/L～20g/L称取主盐和添加剂，配制成水溶液，得到电解液；三、将经步骤一处理的钛合金置于装有经步骤二配制的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乙酸钴、硫酸亚铁、乙酸镍、乙酸铜、重铬酸钾和乙酸锰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，制备的涂层为原位生长，与基底是冶金结合，结合力好，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技术制备的膜层与基体结合力强的优点，通过电解液配方的调整及微弧氧化工艺的控制，将高红外发射的过渡金属元素铁、钴、镍、铜、铬及锰等引入微弧氧化膜层中。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；涂层是在基体上原位生长的，比沉积和涂覆的涂层结合力好，其拉伸强度≥30MPa，剪切强度为15MPa～25MPa；涂层热震性能好，在700℃下保温100小时，700℃到室温热震循环100次，涂层不脱落，由此也可以看出涂层的结合力高；在测试条件为700℃的温度下，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。

附图说明

图1是具体实施方式十七制备的涂层的X射线衍射图；图2是具体实施方式十七制备的涂层的扫描电镜图；图3是具体实施方式十七制备的涂层的电子能谱分析图；图4是具体实施方式十七制备的涂层的发射率谱图。

具体实施方式