[发明专利]一种轻合金表面黑色热控涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种轻合金表面黑色热控涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴将轻合金样品进行打磨后，经清洗、干燥，得到处理后的轻合金样品；⑵配制微弧氧化电解液：在去离子水中加入成膜剂、着色剂、稳定剂、pH值调节剂，混合均匀后，得到pH值为9~13的微弧氧化电解液；⑶以铝合金、镁合金、钛合金中的一种金属为阳极，不锈钢为阴极，将处理后的轻合金样品浸泡在微弧氧化电解液中，开启循环冷却，采用双极性脉冲电源对所述处理后的轻合金样品进行微弧氧化处理，完成后取出样品并用水冲洗、干燥即可。本发明普适性、稳定性好，所制备的轻合金表面微弧氧化黑色热控涂层具有高的太阳吸收率和发射率，可广泛应用于高吸收高发射航天热控涂层。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种轻合金表面黑色热控涂层的制备方法。

背景技术

轻金属泛指相对密度小于5的金属材料，分为有色轻金属和稀有轻金属，有色轻金属有铝、镁、钙、钛、钾、锶、钡等，稀有轻金属有锂、铍、铷、铯等，其中铝、镁、钛由于相对密度较小，强度较高，资源较为丰富（在地壳中，铝、镁、钛含量分别为8.0%，2.5%，0.61%，分别占金属元素储量的第1，3，4位），综合性能优异等特点作为轻量化的结构材料（主要指铝、镁、钛等金属材料及其合金，统一称之为轻合金，以下同）被广泛应用于航空航天，国防军工等关键领域。

航天产品在轨运行时，由于长期处于太阳辐照、太阳背阴面、行星、空间低温热尘等环境交替变化状态下，容易造成航天产品内、外表面及各种仪器设备等运行环境的高低温急剧变化，为使航天器能正常工作，热控系统必不可少，而热控涂层是应用最多的防护材料之一。因此，通常要在其表面涂覆具有特定光学/热学性能的热控涂层，以达到调节和控制航天器在高低温运行工况下始终处于正常的服役温度范围。热控涂层主要是通过自身的热物理特性即太阳吸收率（α_s）和发射率（ε）来调节控制航天器表面的温度，其中以具有高吸收和高发射的黑色热控涂层是其首选涂层之一。

黑色热控涂层最常用的一类是在其表面涂覆一层由粘结剂和黑色颜料组成的涂料型热控涂层，另一类是通过阳极氧化着色、电解着色或电沉积等手段得到的电化学涂层。这两种类型的涂层均存在空间稳定性不好，与基材结合力不理想及空间耐候性较差等缺陷。微弧氧化技术是一种能在轻合金表面原位生长氧化陶瓷膜的新技术，其原理是在热化学、电化学和等离子体化学的共同作用下，在轻合金表面形成一层具有结合力强、稳定性好以及涂层性能可控的功能涂层。目前，通过微弧氧化技术在轻合金表面制备热控涂层的文献及专利报道也较多：中国专利（申请号：201410093609.8）《一种铝合金黑色微弧氧化膜的制备方法》等在铝合金表面制备了黑色涂层，其工艺是在磷酸钠、硼酸钠和硅酸钠组成的碱性电解液中，添加乙酸钴等着色盐，在一定的电参数范围内采用微弧氧化技术制备了铝合金黑色微弧氧化膜；中国专利（专利号：201010300677.9）《一种镁合金表面高太阳吸收率高发射率热控涂层的制备方法》等采用微弧氧化的方法在镁合金表面制备了黑色热控涂层，具体工艺为磷酸盐或硅酸盐为主要成膜剂，辅助成膜剂为硼砂或氟铝酸钠，着色盐为可溶性含钴的无机盐或有机盐以及可溶性含锰的无机盐或有机盐，络合剂为乙二胺或乙二酸四乙酸，氢氧化钾为pH调节剂，采用恒电流模式在镁合金表面得到黑色热控涂层；中国专利（专利号：201510586137.4）《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》等在钛合金表面制备了黑色涂层，工艺参数为磷酸三钠、偏硅酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、钨酸钠、乙二胺四乙酸二钠和偏钒酸铵等几种混合物组成的成膜剂，乙酸钴、乙酸镍和硫酸亚铁为添加剂，采用脉冲微弧氧化电源成功地制备了钛合金表面黑色陶瓷层。以上报道都是采用基础电解液加着色盐添加剂的工艺，通过一定范围内电参数的调控在特定的基材表面得到了微弧氧化黑色陶瓷层，但都存在制备工艺适应范围窄的问题，即一种微弧氧化工艺只能在特定的基材表面得到黑色陶瓷层，这主要是由于铝、镁、钛等轻合金的化学活性和微弧氧化反应机制存在一定的差别，导致轻合金表面黑色热控涂层的制备工艺较为繁琐且具有唯一性，这种唯一性的处理工艺对轻量化结构材料的应用开展极其不利。

发明内容