CN101139729B - 高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法，本发明解决了目前铝合金涂层的太阳吸收率、发射率、结合力等达不到航空、航天、装饰等领域要求的问题。本发明的步骤如下：将清洗后的铝合金置于不锈钢电解槽中作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，电流密度控制在0.5～30A/dm2，正向电压240～1000V，电源频率50～3000Hz，占空比10～50％，通过冷却循环水控制电解液的温度不超过30℃，电解液的pH值控制在8～12之间，微弧氧化反应5～180min，即得到陶瓷涂层。本发明方法降低了成本、提高了产品性能。本发明在铝合金表面获太阳吸收率大于0.90，发射率大于0.80的高吸收高发射陶瓷涂层，同时这种涂层具有高硬度(大于1000Hv)、与基体结合力好等优点。

Description

高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂层的方法，具体涉及一种采用微弧氧化技术在铝合金表面制备高太阳吸收率高发射率微弧氧化陶瓷涂层。
技术背景
高太阳吸收率高发射率涂层作为一类重要的热控涂层而广泛应用于航空、航天、装饰等领域来控制温度和消杂光，其具有两个重要的性能：高的太阳吸收率(一般大于0.8)和较高的发射率(发射率一般大于0.8)。目前主要使用的高吸收高发射涂层包括两类：一是通过阳极氧化着色或者电解着色得到的一种以阳极氧化膜为基础的涂层；另一类是粘结剂加黑色燃料(石墨等)混合后涂敷到基材表面。虽然这两类的高吸收高发射涂层已经应用于航空、航天、装饰等领域，但是随着各项技术的发展，这种技术的局限性已越来越明显，主要是这种涂层的稳定性、耐晒性、结合力等都不是很理想，且这种涂层的质量大、厚度也很大。而近年来在阳极氧化技术基础上发展起来的微弧氧化技术由于在各方面的优势，已经得到了越来越广泛的应用。微弧氧化技术，又称等离子体氧化、阳极火化沉积、火化放电沉积和表面陶瓷化等，以其特有的技术优势，能有效地将铝材与陶瓷材料的性能优势有机的结合起来，极大地扩展了铝材的应用范围，越来越受到各个行业的重视。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前铝合金涂层的太阳吸收率、发射率、结合力等达不到航空、航天、装饰等领域要求的问题；而提供一种高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法。本发明的目的在于突破传统的阳极氧化及涂料涂敷法制备高吸收高发射涂层的方法，采用一定工艺方案和特定的电解液体系在铝合金表面制备具有高太阳吸收率高发射率陶瓷涂层。
本发明采用如下的步骤在铝合金表面获得具有高太阳吸收率高发射率的微弧氧化陶瓷涂层：先用丙酮或水清洗铝合金表面，然后将清洗后铝合金置于不锈钢电解槽中作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，电流密度控制在0.5～30A/dm2，正向电压240～1000V，电源频率50～3000Hz，占空比10～50％，通过冷却循环水控制电解液的温度不超过30℃，电解液的pH值控制在8～12之间，微弧氧化反应5～180min，即可在铝合金表面原位生长一层高太阳吸收率高发射率陶瓷涂层。
其中电解液为铝酸盐体系、硅酸盐体系、磷酸盐体系、钼酸盐体系、铝酸盐-硅酸盐体系或磷酸盐-钨酸盐体系。
微弧氧化法是在普通阳极化基础上发展起来的一种新型金属表面陶瓷化技术。它是在液相介质中，通过等离子体放电处理铝、钛、镁、钽等金属及合金使其表面形成陶瓷膜。氧化过程中等离子体放电通道内温度高达2000～8000℃(但电解液、基体的温度为室温)、压力可达100MPa以上，这种极限条件下的反应过程可赋予陶瓷膜层优异的耐磨、耐腐蚀、耐热及电绝缘性能。液相中参与反应并形成陶瓷膜的粒子受电场力作用传输到基体附近的空间参与成膜，不受基体尺寸形状的限制。该陶瓷膜是在基体上原位生长，因而与基体结合强度高；并且，制得的陶瓷膜的厚度、组成、结构可以通过调节电参数与改变电解液的成分进行控制，从而实现有目的地构造设计、制备材料。特别是可以通过选择适当的电解液体系、调节电参数及改变电解液的成分可以实现陶瓷涂层的功能化应用，赋予其优异的光学性能。
本发明的铝合金表面微弧氧化陶瓷涂层由内层的致密层和外层的疏松层组成，涂层的厚度在5～100μm之间。
本发明在铝合金表面获太阳吸收率大于0.90，发射率大于0.80的高吸收高发射陶瓷涂层，同时这种涂层具有高硬度(大于1000Hv)、与基体结合力好等优点，可用于航天器的热控部件及一些精密光学器件上消杂光。
采用本发明方法制得的涂层具有较高的太阳吸收率和较高的发射率，同时它具有高硬度、高耐腐蚀性、高稳定性、与基体高结合力等优势，克服了传统阳极氧化技术、电解着色、涂料涂敷等方法所制备的涂层所存在的不足，同时提高了工艺的可实施性、降低了成本、提高了性能。
附图说明
图1是在铝合金表面获得的高吸收率高发射率陶瓷涂层的表面形貌图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式微弧氧化涂层制备方法如下：先用丙酮或水清洗铝合金装饰板、航天器的热控部件或精密光学器件表面，将其置于不锈钢电解槽中作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，电流密度控制在0.5～30A/dm2，正向电压240～1000V，电源频率50～3000Hz，占空比10～50％，通过冷却循环水控制电解液的温度不超过30℃，电解液的pH值控制在8～12之间，微弧氧化反应5～180min，即可在铝合金表面原位生长一层高太阳吸收率高发射率陶瓷涂层。
本实施方式中电解液为铝酸盐体系、硅酸盐体系、磷酸盐体系、钼酸盐体系、铝酸盐-硅酸盐体系或磷酸盐-钨酸盐体系。可采用严格的工艺控制流程和严格的电解液配方控制所得涂层的太阳吸收率和发射率。
本实施方式在铝合金零件表面上获得黑色均匀的微弧氧化涂层，颜色均匀，厚度为5～100μm，太阳吸收率大于0.90，发射率大于0.80。
具体实施方式二：本实施方式中电流密度控制在10～25A/dm2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式中正向电压300～600V。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式中电源频率100～1500Hz。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式中每升电解液里含有0.5～30g的铝酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式中每升电解液里含有0.5～10g的硅酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式中每升电解液里含有0.5～30g的磷酸二氢钾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式中每升电解液里含有0.5～30g的铝酸钠和0.5～10g的硅酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式中铝合金零件的型号是LY12，每升电解液里含有16g的铝酸钠；微弧氧化电源参数：电源频率75Hz，电流密度10A/dm2，占空比45％；微弧氧化反应120min。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式在LY12铝合金零件表面上获得黑色均匀的微弧氧化涂层，颜色均匀，厚度为60μm，太阳吸收率可达0.89，发射率可达0.79。
具体实施方式十：本实施方式中每升电解液里含有0.5～30g的铝酸钠和0.1～5g的钼酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式中铝合金零件的型号是LY12，每升电解液里含有16g的铝酸钠和1g的钼酸钠；微弧氧化电源参数：电源频率100Hz，电流密度15A/dm2，占空比45％；微弧氧化反应120min。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式在LY12铝合金零件表面上获得黑色均匀的微弧氧化涂层，颜色均匀，厚度为52μm，太阳吸收率可达0.91，发射率可达0.80。
具体实施方式十二：本实施方式中每升电解液里含有0.5～30g的铝酸钠、0.5～10g的氢氧化钾和0.5～30g的硅酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式中铝合金零件的型号是LY12，每升电解液里含有5g的铝酸钠、3g的氢氧化钾和3g的硅酸钠；微弧氧化电源参数：电源频率100Hz，电流密度15A/dm2，占空比45％；微弧氧化反应120min。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式在LY12铝合金零件表面上获得黑色均匀的微弧氧化涂层，颜色均匀，厚度为77μm，太阳吸收率可达0.90，发射率可达0.86。
具体实施方式十四：本实施方式中每升电解液里含有0.5～20g的磷酸二氢钾、0.5～20g的亚铁氰化钾和0.5～20g的钨酸钠。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式中铝合金零件的型号是LY12，每升电解液里含有10g的磷酸二氢钾、3g的亚铁氰化钾和5g的钨酸钠；微弧氧化电源参数：电源频率500Hz，电流密度10A/dm2，占空比45％；微弧氧化反应20min。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式在LY12铝合金零件表面上获得黑色均匀的微弧氧化涂层，颜色均匀，厚度为77μm，太阳吸收率可达0.93，发射率可达0.87。

Claims (3)

1.一种高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：先用丙酮或水清洗铝合金表面，然后将清洗后铝合金置于不锈钢电解槽中作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源供电，电流密度控制在0.5～30A/dm2，正向电压240～1000V，电源频率50～3000Hz，占空比10～50％，通过冷却循环水控制电解液的温度不超过30℃，电解液的pH值控制在8～12之间，微弧氧化反应5～180min，即可在铝合金表面原位生长一层高太阳吸收率高发射率陶瓷涂层；其中每升电解液里含有0.5～20g的磷酸二氢钾、0.5～20g的亚铁氰化钾和0.5～20g的钨酸钠。
2.根据权利要求1所述的高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法，其特征在于电流密度控制在10～25A/dm2。
3.根据权利要求1所述的高太阳吸收率高发射率微弧氧化涂层制备方法，其特征在于电源频率100～1500Hz。
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