[发明专利]一种钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面陶瓷膜层的制备方法。

背景技术

随着科技技术的发展，各个领域对金属材料的要求越来越高，而钛合金的比强度高，钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn)热塑性好，可进行各种形式的焊接，性能良好，焊接接头强度和塑性可与基体金属相等。耐蚀性良好，高温热稳定性良好，可以做500℃以下长期工作的结构件，可做各种模锻件。低温性能好：间隙元素极低的钛合金TA7在低温和超低温下，仍能保持其力学性能，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金TA7也是一种重要的低温结构材料，逐渐成为导弹、航空等制导系统制造的材料。

TC4钛合金，其组成为Ti-6Al-4V，具有比强度大、热导率低、成形性好，此外还具有塑性、韧性、耐蚀性和生物相容性好的特点。钛合金TC4的诸多优点，使得TC4广泛应用于各个领域，包括航天、生物、船舶等，对于军工业来说，主要应用于制造火箭、导弹、飞机等的机体结构。

目前的消光涂层主要有有机涂层、化学氧化涂层和阳极氧化涂层三大类。而传统的有机消光涂层的有机组分易老化、或机械强度等力学性能不够，并且存在与基材结合不牢，耐候性和耐紫外光性能差等问题；化学氧化涂层一般厚度小，涂层的机械力学性能较差，抗擦伤能力差，并且有的化学试剂对环保也有影响；而阳极氧化法所制备的消光涂层一般都是采用酸性电解液体系，对设备的要求较高，并且对环境有污染，不符合绿色环保的发展方向。

发明内容

本发明的目的是要解决现有钛合金表面的涂层存在太阳能吸收率低，自身发射率低，膜层与基体的结合力不高的问题，而提供一种钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层的制备方法。

一种钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、钛合金前处理：依次使用240目水磨砂纸和1000目的水磨砂纸对钛合金进行打磨处理，得到去除毛刺和氧化层的钛合金；使用NaOH溶液对去除毛刺和氧化层的钛合金的表面进行清洗，得到去除油的钛合金；将去除油的钛合金浸入到无水乙醇中，再在超声功率为80W～100W下超声清洗3min～5min，再使用蒸馏水清洗，最后使用电吹风吹干，得到处理后的钛合金；

步骤一中所述的钛合金为TA7或TC4；

步骤一中所述的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～15g):1L；

二、微弧氧化：将处理后的钛合金置于不锈钢中的电解液中，处理后的钛合金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，在恒流0.03A/cm²～0.05A/cm²或恒电压为300V～500V、电源频率为50Hz～2000Hz、占空比为10％～45％、电解液的温度为20℃～40℃和电解液的pH值为10～12.11的条件下反应5min～30min，得到钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层；

步骤二中所述的电解液由成膜剂和添加剂组成，溶剂为水；所述的成膜剂的浓度为2g/L～10g/L；添加剂的浓度为1g/L～25g/L。

本发明的原理：

太阳吸收率和发射率不仅与膜层的组成、微观结构有关，还与膜层的厚度，粗糙度等因素有关，微弧氧化所制备的膜层具有多孔的特点，膜层的厚度组成都可以人为控制。通过在溶液中添加金属着色盐，如铁钴镍，在表面制备多孔的黑色膜层，使膜层有很高的吸收率；随着表面粗糙度的提高涂层发射率也呈增大趋势，并且保持一定的膜层厚度，有效的掺杂可以显著提高材料在特定波段的发射率。

本发明的优点：

一、本发明使用微弧氧化法在钛合金上原位生长多孔的陶瓷膜层，由于是原位生长的特点，故膜层与基体的结合能力很强，克服膜层粘附不牢这一缺点；

二、本发明使用微弧氧化技术，通过控制电参数以及电解液的组成来控制不同膜层的生长，得到高吸收率高发射率的黑色消光膜层，工艺简单，成本较低；

三、本发明制备的钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层的厚度为20μm～30μm，膜层的粗糙度为0.5μm～3μm，太阳吸收率为0.95～0.98，发射率为0.93～0.97；

四、本发明制备的钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层在温度为500℃条件下，保温3min，再放入到水中冷却，反复进行热震实验100次，涂层不脱落，表明本发明制备的钛合金表面高太阳能吸收率高发射率黑色消光膜层具有优良的结合力和热稳定性。