[發明專利]一種鈦合金基體上耐高溫高發射率涂層的制備方法

無效

• 申請號: 200910312903.2
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101748466A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 辛鐵柱;孫秋;姚忠平;賈方舟;姜兆華;王福平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種鈦合金基體上涂層的制備方法。

背景技術

高超聲速飛行器在飛行過程中，飛行器周圍的空氣因受劇烈壓縮而出現極其嚴重的氣動加熱現象，如果沒有可靠的熱防護措施，飛行器的推進系統連同其他子系統，如航電系統、飛控系統等將暴露在高溫下，使飛行器損壞。鈦合金由于其比重小、強度高和耐高溫的特點而越來越多的被作為外蒙皮應用于高超聲速飛行器上。但鈦合金表面發射率低，飛行器高速飛行時產生的熱量易向飛行器內部傳遞，使飛行器內部的電子器件受損，所以需要在鈦合金表面制備一層耐高溫高發射率涂層，現有的耐高溫高發射率涂層主要有三類：一是通過電化學方法在基體表面沉積的陽極氧化物涂層；二是將高發射率氧化物粉末分散于膠黏劑中后涂覆到基體表面；三是用溶膠凝膠法直接涂覆后再經熱處理制備高發射率涂層。上述方法制備的涂層與基體的結合力≤10MPa，在700℃至室溫范圍內的熱震試驗中，涂層中的有機物分解或者僅能承受幾次循環，隨著現代飛行器飛行速度的不斷增加，氣動加熱愈加嚴重，這三種方法制備的涂層使用的局限性越來越明顯。

發明內容

本發明的是為了解決現有鈦合金基體上耐高溫高發射率涂層的結合力低、熱震性能差的問題，而提供一種鈦合金基體上耐高溫高發射率涂層的制備方法。

本發明的一種鈦合金基體上耐高溫高發射率涂層的制備方法按以下步驟進行：一、將鈦合金的表面用2000號砂紙打磨去掉表面的氧化層，然后放入丙酮中超聲清洗3min～10min；二、按主鹽濃度為5g/L～50g/L和添加劑濃度為2g/L～20g/L稱取主鹽和添加劑，配制成水溶液，得到電解液；三、將經步驟一處理的鈦合金置于裝有經步驟二配制的電解液的不銹鋼槽體中，以鈦合金做陽極、不銹鋼槽體為陰極，采用脈沖微弧氧化電源供電，在脈沖電壓為350V～600V、頻率為50Hz～3000Hz、占空比為10％～45％、電解液溫度為20℃～40℃的條件下氧化10min～90min，即可在鈦合金基體上制備耐高溫高發射率涂層；其中步驟二中所述的主鹽為磷酸三鈉、硅酸鈉和偏鋁酸鈉中的一種或其中幾種的組合；步驟二中所述的添加劑為乙酸鈷、硫酸亞鐵、乙酸鎳、乙酸銅、重鉻酸鉀和乙酸錳中的一種或其中幾種的組合。

所述的鈦合金為TC4或TA15；

利用微弧氧化技術使鈦合金表面上的氧化層處于微等離子體的高溫高壓的作用下而發生相和結構的變化，制備的涂層為原位生長，與基底是冶金結合，結合力好，具有良好的韌性、耐腐蝕、耐磨特性及良好的絕緣性，而且微弧放電區瞬間高溫高壓過程對基體未氧化的區域沒有影響，涂層顏色、相組成、厚度、力學性能通過工藝參數(電參數、電解質等)的調節在較寬的范圍內可控，設備簡單、操作方便，經濟高效，生產過程中無需氣氛保護或真空條件，制備過程無環境污染性廢液及廢氣的排放是一種綠色環保型制備方法。本發明利用微弧氧化技術制備的膜層與基體結合力強的優點，通過電解液配方的調整及微弧氧化工藝的控制，將高紅外發射的過渡金屬元素鐵、鈷、鎳、銅、鉻及錳等引入微弧氧化膜層中。本發明方法得到的氧化物涂層厚度為5μm～50μm，粗糙度Ra為2μm～4μm；涂層是在基體上原位生長的，比沉積和涂覆的涂層結合力好，其拉伸強度≥30MPa，剪切強度為15MPa～25MPa；涂層熱震性能好，在700℃下保溫100小時，700℃到室溫熱震循環100次，涂層不脫落，由此也可以看出涂層的結合力高；在測試條件為700℃的溫度下，紅外波長為3μm～8μm時涂層的發射率為0.6～0.9，紅外波長為8μm～20μm時涂層的發射率為0.8～1.0。

附圖說明

圖1是具體實施方式十七制備的涂層的X射線衍射圖；圖2是具體實施方式十七制備的涂層的掃描電鏡圖；圖3是具體實施方式十七制備的涂層的電子能譜分析圖；圖4是具體實施方式十七制備的涂層的發射率譜圖。

具體實施方式