[发明专利]一种钛合金TC4表面低太阳吸收率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TC4表面陶瓷膜层的制备方法。

背景技术

钛合金TC4具有良好的综合性能，如组织稳定性好、韧性良好、塑性较好以及优异的耐腐蚀性能，已逐渐成为航天器、飞机和导弹等制造材料。而空间飞行器(如卫星、飞船、月球车)在实际太空飞行的过程中，存在其向阳面温度较高，背阳面温度较低，所经历的环境温度变化可高达数百度的问题。要保证内部设备及仪器正常的运转及工作，热控系统必不可少。热控涂层是热控系统中应用最多的防护材料之一。它是通过调节物体表面的太阳吸收率和红外辐射率来调节制物体内部的热平衡。目前，国内外大量使用的热控涂层有两种类型，一种是低吸收比的太阳漫反射热控涂层；另一种是高吸收比的红外波段的热控涂层。热控涂层是常通过调节工件表面热辐射性能和光学性能来达到热控目的的功能涂层，这是解决空间飞行器、航天器、飞机和导弹等热控问题的关键技术之一。

目前航天器中使用最多是低吸收发射比的热控涂层。当前有三类涂层可满足这种要求：白漆、二次表面镜型涂层、陶瓷类保护涂层。这种热控涂层制备常用的方法和技术如化学气相沉积，电子束物理气相沉积，磁控溅射，溶胶凝胶法，离子注入法，等离子喷涂等，这些方法都存在各自的缺点或不足，如等离子的喷涂成本高，而且对复杂形状的表面难获得均匀的涂层，溶胶凝胶法工艺过程复杂，涂层与基体结合强度较弱，不稳定等。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法制备的钛合金热控涂层存在太阳吸收率高，发射率低，成本高，对复杂形状的表面难获得均匀的涂层，工艺复杂和涂层与基体结合度弱的问题，而提供一种钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法。

一种钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、钛合金TC4前处理：首先依次使用60#干砂纸、240#水磨砂纸和400#的水磨砂纸对钛合金TC4进行打磨处理，然后使用NaOH溶液去除钛合金TC4表面的油，再用蒸馏水清洗，电吹风吹干，得到处理后的钛合金TC4；

步骤一所述的NaOH溶液由NaOH和蒸馏水混合而成，且所述的NaOH的质量与蒸馏水的体积比为(8g～10g):1L；

二、微弧氧化：将处理后的钛合金TC4置于不锈钢的电解液中，钛合金TC4与电源的正极相连接，作为阳极，不锈钢电解槽与电源的负极相连接，作为阴极；采用脉冲微弧氧化电源供电，在电流密度为6A/dm²～14A/dm²、电源频率为50Hz～500Hz、占空比为10％～45％，电解液的温度为20℃～40℃和电解液的pH值为0.54～7.88的条件下微弧氧化反应3min～70min，得到钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层；

步骤二所述的电解液由主成膜剂和辅助成膜剂组成，溶剂为水；所述的电解液中主成膜剂的浓度为3g/L～8g/L，辅助成膜剂的浓度为0.3g/L～10g/L。

本发明的优点：

一、本发明利用微等离子体氧化的方法在钛合金TC4表面原位生长出陶瓷膜层，该涂层具有低太阳吸收率高发射率的特性，由于是原位生长的特点，故与基底的结合力强；

二、本发明制备的一种钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层为陶瓷膜层，故在高温的情况下热稳定性依然很好，能够很好的弥补了以往涂层在热稳定方面的缺陷；

三、本发明采用微弧氧化技术制备涂层，涂层中元素主要来自于基体和溶液中的离子，且微弧氧化过程在电解液中完成，所以就可以通过调节溶液中的溶质来调节膜层的元素及相组成，制备功能优异的膜层；

四、本发明钛合金TC4采用微弧氧化处理，在一定程度上解决钛合金TC4热控的问题；本发明制备的一种钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层外貌为白色，均匀美观，涂层厚度达到68.1μm～200μm，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，并且在强酸性锆酸盐体系的工艺条件下膜层的发射率大于0.96，吸收率小于0.32；在弱酸性锆酸盐体系下，发射率在0.885～0.91之间，吸收率在0.335～0.4之间；在弱碱性锆酸盐体系下，膜层的发射率基本在0.95～0.98，吸收率在0.285～0.4之间；本发明制备的一种钛合金TC4表面低太阳吸收率高发射率涂层粗糙度为4.056μm～13.66μm；

五、本发明制备的涂层在温度为500℃条件下，保温3min，再放入到水中冷却，反复进行热震实验40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。