CN114988896A - 一种高发射率涂层及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高发射率涂层及其应用。本发明提供了一种高发射率涂层，所述高发射率涂层的制备方法包括以下步骤：将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料；以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。本发明以高熵陶瓷材料制备高发射率涂层，通过高熵化得到的高构型熵可以稳定高熵固溶体相，促进金属元素间的相容性，从而得到在高温下稳定的单相结构，保证其在高温下不会发生相变。同时，高熵陶瓷材料的高温稳定性能使高发射率涂层的发射率在高温下保持稳定，不会随着温度的升高而显著降低。显著提高了高发射率涂层的高温稳定性进而保证高发射率涂层的高温发射率。

Description

一种高发射率涂层及其应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种高发射率涂层及其应用。
背景技术
红外高发射率陶瓷涂层是一种以红外辐射换热为主要散热途径的热防护涂层。在军用领域，制备高发射率涂层已经成为降低高超声速飞行器表面温度的有效途径。在民用领域，在工业窑炉的内壁制备发射率涂层可以减少热量损失，达到节能减排的需求。
LaMgAl11O19陶瓷因具有红外发射率高、熔点高、密度小、热导率低和热膨胀系数大，以及断裂韧性大等特点成为制备红外高发射率陶瓷涂层的主要原料。但是利用LaMgAl11O19陶瓷材料制备得到的高发射率涂层的高温稳定性较差，在高温下难以保证较长的工作时间。利用LaMgAl11O19陶瓷材料制备得到的高发射率涂层的在高温下会大幅降低其红外发射率，难以对基体进行有效防护。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高发射率涂层及其应用，本发明提供的高发射率涂层具有良好的高温稳定性，在高温下能够保持较高的红外发射率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高发射率涂层，所述高发射率涂层的制备方法包括以下步骤：
将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料；
以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。
优选的，等离子喷涂前还包括：对所述基体进行喷砂处理。
优选的，所述喷砂处理的压力为2～6MPa，所述喷砂处理的时间为2～5s。
优选的，所述等离子喷涂包括如下工艺参数：
电流：500～1000A；主气：40～100SCFH；辅气：5～20SCFH；载气：3～12SCFH；喷枪与基体之间的距离：70～150mm；送粉量：2～6r/min；功率：30～60kW；主气为Ar，辅气为H2，载气为Ar。
优选的，所述造粒为喷雾造粒；
所述喷雾造粒包括以下步骤：
将高熵陶瓷材料、分散剂和粘结剂混合，得到浆料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷材料。
优选的，所述喷雾造粒的进口温度为240～280℃，出口温度为140～160℃，蠕动泵转速为30～50r/min，喷头转速为30～50r/s。
优选的，所述高熵陶瓷材料包括REMgAl11O19；其中RE为La、Nd、Gd、Sm、Pr、Dy、Ce和Eu中的一种或多种。
优选的，所述高熵陶瓷材料为(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2M0.2)MgAl11O19，其中M为Pr、Dy、Ce或Eu。
优选的，所述高熵陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
将稀土元素氧化物、镁源和铝源混合，得到混合物料；所述镁源包括氧化镁或氢氧化镁，所述铝源包括氧化铝或氢氧化铝；
将所述混合物料进行焙烧，得到所述高熵陶瓷材料。
本发明还提供了上述技术方案所述高发射率涂层在超高声速飞行器外表面或热工炉内表面的应用。
本发明提供了一种高发射率涂层，所述高发射率涂层的制备方法包括以下步骤：将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料；以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。本发明以高熵陶瓷材料制备高发射率涂层，通过高熵化得到的高构型熵可以稳定高熵固溶体相，促进金属元素间的相容性，从而得到在高温下稳定的单相结构，保证其在高温下不会发生相变。同时，高熵陶瓷材料的高温稳定性能使高发射率涂层的发射率在高温下保持稳定，不会随着温度的升高而显著降低。显著提高了高发射率涂层的高温稳定性进而保证高发射率涂层的高温发射率。
附图说明
图1为实例1制得的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19球形粉体的XRD图谱；
图2为实例1制得的(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19球形粉体的SEM图，其中a为放大倍率为250倍的SEM图，b为放大倍率为1200倍的SEM图；
图3为实例1制得的高发射率涂层的XRD图谱。
图4为实例1制得的高发射率涂层的SEM图，其中c为涂层表面的SEM图，d为涂层截面的SEM图；
图5为实例1制得的高发射率涂层在8～16μm波段内的常温(25℃)红外发射率；
图6为实例1制得的高发射率涂层在8～16μm波段内的1000℃下红外发射率。
具体实施方式
本发明提供了一种高发射率涂层，所述高发射率涂层的制备方法包括以下步骤：
将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料；
以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。
本发明将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料。在本发明中，所述高熵陶瓷材料优选包括REMgAl11O19；其中RE为La、Nd、Gd、Sm、Pr、Dy、Ce和Eu中的一种或多种，更优选为Pr、Dy、Ce和Eu中的任一种和La、Nd、Gd、Sm。在本发明中，当RE为两种以上上述具体物质时，本发明对所述具体物质的配比无特殊要求，采用任意配比即可。在本发明中，所述高熵陶瓷材料优选为(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2M0.2)MgAl11O19，其中M为Pr、Dy、Ce或Eu。
在本发明中，所述高熵陶瓷材料的制备方法优选包括以下步骤：
将稀土元素氧化物、镁源和铝源混合，得到混合物料；
将所述混合物料进行焙烧，得到所述高熵陶瓷材料。
本发明将稀土元素氧化物、镁源和铝源混合，得到混合物料。在本发明中，所述镁源优选包括氧化镁或氢氧化镁，更优选为氢氧化镁；所述铝源优选包括氧化铝或氢氧化铝，更优选为氢氧化铝。
在本发明中，混合前还优选包括：将稀土元素氧化物进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为800～1200℃，更优选为900～1100℃；所述干燥的时间优选为2～4h，更优选为2.2～2.6h。升温至所述干燥温度的升温速率优选为9～11℃/min，更优选为10℃/min。所述稀土元素氧化物易吸附环境中的水分形成结晶水，本发明经过干燥能够除去稀土元素氧化物中的结晶水。在本发明中，所述冷却后温度优选为40～60℃，更优选为45～50℃。在本发明中，所述冷却优选为随炉冷却。
在本发明中，当镁源为氧化镁时，在混合前优选对镁源进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为800～1200℃，更优选为900～1100℃；所述干燥的时间优选为2～4h，更优选为2.2～2.6h。所述氧化镁易吸附环境中的水分形成结晶水，本发明经过干燥能够除去氧化镁中的结晶水。在本发明中，所述冷却后温度优选为40～60℃，更优选为45～50℃。在本发明中，所述冷却优选为随炉冷却。
在本发明中，当铝源为氧化铝时，在混合前优选对铝源进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为800～1200℃，更优选为900～1100℃；所述干燥的时间优选为2～4h，更优选为2.2～2.6h。所述氧化铝易吸附环境中的水分形成结晶水，本发明经过干燥能够除去氧化铝中的结晶水。在本发明中，所述干燥后还优选包括冷却。在本发明中，所述冷却后温度优选为40～60℃，更优选为45～50℃。在本发明中，所述冷却优选为随炉冷却。
在本发明中，当镁源为氢氧化镁、铝源为氢氧化铝时混合前无需对氢氧化镁和氢氧化铝进行干燥。
在本发明中，所述混合优选在干粉混合机中进行。在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：
将铝源、镁源和稀土元素氧化物依次倒入干粉混合机中，进行第一混合。
在本发明中，所述第一混合的次数优选为4～8次，更优选为4～6次。在本发明中，每次混合的时间优选为5～8min，更优选为5～6min。在本发明中，每次混合后优选静置3～5min，将干粉混合机内上半部分的粉体和下半部分粉体交换位置。
本发明按照先添加铝源后添加镁源最后添加稀土元素氧化物的顺序向干粉混合机中添加物料能够避免密度小的物料会往上跑，密度大的会往下跑，出现分层现象，从而保证混合更加均匀。
本发明在每次混合后进行静置的目的是使飞扬的粉体沉下去，防止开盖后在空气中乱飞。但是不能静置太久，防止混合好的粉体在重力作用下分层。
本发明在每次混合后交换上下粉体的位置能够防止粉体沉降分层，使混合不均匀。
第一混合后，本发明优选将第一混合得到的物料和淀粉进行第二混合，得到混合物料。在本发明中，所述第一混合得到的物料和淀粉的总质量和淀粉的质量比优选为10:0.8～1.2，更优选为10:1。在本发明中，所述淀粉能够使后续焙烧的粉体容易破碎。焙烧后的粉体硬度非常大，结合成块体，加入的淀粉能够在焙烧过程中分解为二氧化碳和水，使焙烧好的粉体更加疏松，利于破碎。
在本发明中，所述第二混合的次数优选为2～5次，更优选为2～3次。在本发明中，每次混合的时间优选为5～8min，更优选为5～6min。在本发明中，每次混合后优选静置3～5min，将干粉混合机内上半部分的粉体和下半部分粉体交换位置。本发明经过多次混合、静置、交换干粉混合机中上下粉体位置的目的是保证第二混合得到的混合物料均匀。
得到混合物料后，本发明将所述混合物料进行焙烧，得到所述高熵陶瓷材料。在本发明中，所述焙烧优选将所述混合物料转移至坩埚中置于高温炉中；所述坩埚和混合物料之间优选铺设一层淀粉。本发明在坩埚底铺淀粉的目的是为了焙烧好后使焙烧后产物更容易从坩埚中取出，如果不铺淀粉，焙烧后产物会牢牢粘在坩埚底部，无法取出。
在本发明中，所述焙烧的温度优选为1600～1700℃，更优选为1600～1650℃；所述焙烧的保温时间优选为3～5h，更优选为3.5～4h。本发明优选按照8～12℃/min的升温速率升温至900～1100℃，然后按照3～7℃/min的升温速率升温至焙烧温度；更优选按照9～10℃/min的升温速率升温至1000℃，然后按照4～5℃/min的升温速率升温至焙烧温度。本发明在温度较低时采用较快的升温速度能够加快升温速率减少升温时间；当温度较高，逐渐接近反应温度时，采用较慢的升温速率能够保证粉体均匀加热，充分受热，充分反应。
在本发明中，焙烧过程中发生固相反应，得到高熵陶瓷材料。
在本发明中，所述焙烧后还优选包括：将焙烧后产物进行冷却，所述冷却后温度优选为30～50℃，更优选为35～40℃。在本发明中，所述冷却的方式优选为随炉冷却。
在本发明中，所述焙烧后还优选包括：
将焙烧后产物进行破碎后过筛，取筛下物；
将所述筛下物和分散剂混合进行球磨，得到高熵陶瓷粉体。
本发明将焙烧后产物进行破碎后过筛，得到高熵陶瓷颗粒。本发明对所述破碎的方式无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。在本发明中过筛用网筛的孔径优选为32～40目，更优选为32～35目。本发明经过破碎和过筛能够除去过大的高熵陶瓷颗粒。
得到筛下物后，本发明将所述筛下物和分散剂混合进行球磨，得到高熵陶瓷粉体。在本发明中，所述分散剂优选包括乙醇或水，更优选为乙醇。在本发明中，所述水优选为去离子水；所述乙醇优选为无水乙醇。在本发明中，所述筛上物和分散剂的质量比优选为1:1.8～2.2，更优选为1:2。
在本发明中，所述球磨用磨球优选为氧化锆球，所述氧化锆球优选为直径为10mm的氧化锆球、直径为5mm的氧化锆球和直径为2mm的氧化锆球；直径为10mm的氧化锆球、直径为5mm的氧化锆球和直径为2mm的氧化锆球的质量比优选为1.8～2.2:1.8～2.2:1，更优选为2:2:1。在本发明中，所述球磨的球料比优选为4:2.8～3.2，更优选为4:3。在本发明中，所述球磨的转速优选为300～500r/min，更优选为300～400r/min；所述球磨的时间优选为4～6h，更优选为5～6h。在本发明中，所述球磨优选在行星式球磨机中进行。
在本发明中，所述球磨后还优选包括：将球磨后的浆料进行固液分离；将固液分离得到的固体进行烘干，得到高熵陶瓷粉体。在本发明中，所述固液分离优选包括旋蒸和过滤，更优选为旋蒸。在本发明中，所述旋蒸的温度优选为60～90℃，优选为60～70℃；所述旋蒸的转速优选为30～50r/min，更优选为35～45r/min。本发明优选采用水浴加热的方式保持旋蒸的温度。本发明对所述旋蒸的时间无特殊要求，只要能够除去浆料中的溶剂即可。本发明对所述过滤无特殊限定，采用本领域常规的过滤方式即可。在本发明中，所述烘干的温度优选为80～120℃，更优选为100～110℃；所述烘干的时间优选为6～12h，更优选为10～12h。
本发明优选以高熵陶瓷粉体为原料经喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷材料。在本发明中，所述喷雾造粒包括以下步骤：
将高熵陶瓷粉体、分散剂和粘结剂混合，得到浆料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷材料
本发明将高熵陶瓷粉体、分散剂和粘结剂混合，得到浆料。在本发明中，所述分散剂优选包括去离子水；所述粘结剂优选包括聚乙烯醇。在本发明中，所述高熵陶瓷粉体和分散剂的总质量和高熵陶瓷粉体的质量比优选为100:30～50，更优选为100:40～60。在本发明中，所述分散剂和高熵陶瓷粉体的质量比优选为0.48～0.52:100，更优选为0.5:100。
在本发明中，所述混合优选在球磨的条件下进行。在本发明中，所述球磨用磨球优选为氧化锆球，所述氧化锆球优选为直径为10mm的氧化锆球、直径为5mm的氧化锆球和直径为2mm的氧化锆球；直径为10mm的氧化锆球、直径为5mm的氧化锆球和直径为2mm的氧化锆球的质量比优选为1.8～2.2:1.8～2.2:1，更优选为2:2:1。在本发明中，所述球磨的球料比优选为4:0.8～1.2，更优选为4:1。在本发明中，所述球磨的转速优选为200～400r/min，更优选为300～400r/min；所述球磨的时间优选为2～4h，更优选为2～3h。在本发明中，所述球磨优选在行星式球磨机中进行。
得到浆料后，本发明将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷材料。在本发明中，所述喷雾造粒的进口温度优选为240～280℃，更优选为250～270℃；出口温度优选为140～160℃，更优选为150～155℃；蠕动泵转速优选为30～50r/min，更优选为40～45r/min；喷头转速优选为30～50r/s，更优选为35～40r/s。在本发明中，所述蠕动泵转速为进料速度。
在本发明中，所述喷雾造粒后还优选包括：
将所述喷雾造粒后产物依次进行烧结和网筛，得到球形高熵陶瓷材料。
在本发明中，所述烧结优选包括低温烧结和高温烧结。在本发明中，所述低温烧结的温度优选为500～600℃，更优选为530～550℃；所述低温烧结的保温时间优选为2.8～3.2h，更优选为3h。在本发明中，升温至低温烧结所需温度的升温速率优选为1～3℃/min，更优选为2℃/min。在本发明中，所述高温烧结的温度优选为1000～1400℃，更优选为1200～1400℃；所述高温烧结的保温时间优选为1.8～2.2h，更优选为2h。在本发明中，升温至高温烧结所需温度的升温速率优选为3～7℃/min，更优选为5～6℃/min。
本发明经过烧结能够将球形高熵陶瓷材料中的聚乙烯醇去除，并通过高温烧结使球形颗粒内更好的结合在一起。
在本发明中，所述网筛前还优选包括：将烧结后产物冷却。所述冷却后温度优选为30～50℃，更优选为35～45℃；所述冷却的速率优选为4.8～5.2℃/min，更优选为5℃/min。本发明对所述冷却的方式无特殊限定，只要能够按照上述冷却速率冷却至所需温度即可。在本发明中，所述冷却为随炉冷却。
在本发明中，所述网筛优选用标准筛，所述标准筛的孔径优选为10～100μm，更优选为45～90μm。本发明经过网筛去除粒径过小或过大的球形高熵陶瓷材料。
得到球形高熵陶瓷材料后，本发明以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。在本发明中，所述基体优选包括C/C基体，C/SiC基体或高温合金基体，更优选为高温合金基体。在本发明中，所述高温合金基体优选包括镍基高温合金或钴基高温合金，更优选为镍基高温合金。
在本发明中，所述等离子喷涂前还优选包括：对所述基体进行喷砂处理。在本发明中，所述喷砂处理的压力优选为2～6MPa，更优选为4～5MPa；所述喷砂处理的时间优选为2～5s，更优选为3～4s。本发明对基体进行喷砂处理能够增强基体表面的粗糙度，加强基体与涂层间的结合强度。
在本发明中，所述等离子喷涂优选包括如下工艺参数：
电流：500～1000A；主气：40～100SCFH；辅气：5～20SCFH；载气：3～12SCFH；喷枪与基体之间的距离：70～150mm；送粉量：2～6r/min；功率：30～60kW；主气为Ar，辅气为H2，载气为Ar；更优选为电流：650～800A；主气：40～90SCFH；辅气：5～15SCFH；载气：4～10SCFH；喷枪与基体之间的距离：90～120mm；送粉量：4.3～5r/min；功率：40～50kW；主气为Ar，辅气为H2，载气为Ar。
在本发明中，所述高发射率涂层的厚度优选为100～400μm，更优选为150～300μm。
本发明提供的高发射率涂层物相与喷涂前涂料的物相一致，喷涂过程中涂料未发生相变或反应，涂层的成分可控；本发明提供的高发射率涂层具有较高的发射率，全波段发射率可达0.90以上，平均红外发射率可达0.93以上；本发明提供的高发射率涂层具有高温稳定性可有效抑制飞行器等表面温度的升高。本发明提供的高发射率涂层厚度均匀，可均匀喷涂在工件表面。
本发明还提供了上述技术方案所述高发射率涂层在超高声速飞行器外表面或热工炉内表面的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将La2O3、Nd2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr6O11放入高温炉中，以10℃/min的升温速率升温至1000℃并保温2h以去除结晶水，随炉冷却至50℃；(2)按照(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19的配比称取La2O3、Nd2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr6O11、Mg(OH)2和Al(OH)3；
(3)将称取好的原料按照Al(OH)3、Mg(OH)2、稀土元素氧化物(La2O3、Nd2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr6O11)的顺序放入干粉混合机中，混合4次，每次混合时间为5min，每一次混合结束后，要静置4min并将干粉混合机内上半部分的粉体和下半部分粉体交换位置；
(4)混合完成后，向干粉混合机内加入淀粉，淀粉质量为Al(OH)3、Mg(OH)2、稀土元素氧化物和淀粉总质量的1/10，混合2次，每次混合时间为5min，每一次混合结束后，静置4min，并将干粉混合机内上半部分的粉体和下半部分粉体交换位置；
(5)在坩埚底部铺一层淀粉，将第(4)步混合后的物料平铺于淀粉表面后置于高温炉中，在常压空气氛围下以10℃/min的升温速率升温至1000℃，再以5℃/min的升温速率升温至1600℃，保温4h，随炉冷却，得到(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19高熵陶瓷材料；
(6)将焙烧后得到的高熵陶瓷材料破碎后过32目筛，取筛下物；
(7)将筛下物与无水乙醇放入球磨罐中进行球磨，其中筛下物、分散剂、磨球的质量比为1：2：4，选用氧化锆作为磨球，磨球为质量比为2:2:1的直径为10mm的氧化锆磨球、直径为5mm的氧化锆磨球和直径为2mm的氧化锆磨球，球磨时间为5h，转速为400r/min；将球磨后浆料水浴加热至70℃，在转速为35r/min的条件下进行旋蒸；将旋蒸后得到潮湿的粉体于100℃下干燥12h，得到高熵陶瓷粉体；
(8)将高熵陶瓷粉体与去离子水、聚乙烯醇放入球磨罐中进行混合球磨，得到浆料；其中高熵陶瓷粉体质量与去离子水质量比为4:6，聚乙烯醇和高熵陶瓷粉体的质量比为0.5:100，选用氧化锆作为磨球，磨球为质量比为2:2:1的直径为10mm的氧化锆磨球、直径为5mm的氧化锆磨球和直径为2mm的氧化锆磨球，球料质量比为4:1，球磨时间为2小时，转速为300r/min；
(9)将浆料送入喷雾干燥机中，进行喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷颗粒；喷雾造粒进口温度为250℃，出口温度为150℃，喷头转速40r/s，进料速度为40r/min；
(10)将得到的球形高熵陶瓷颗粒放入刚玉坩埚中，并放置于高温炉中，在常压空气氛围下以2℃/min的升温速率升温至550℃保温3小时，再以5℃/min的升温速率升温至1400℃保温2小时后按照5℃/min速率降温至30℃后用孔径为45～90μm的标准筛进行筛选，得到了高熵陶瓷粉体；
(11)对镍基高温合金基体进行喷砂处理，喷砂时的压力为4Mpa，喷砂时间为3s；
(12)以高熵陶瓷粉体为涂料使用等离子喷涂法在喷砂处理的基体表面制备厚度为200μm的高发射率涂层，等离子喷涂的具体参数为：电流：650A；主气：60SCFH；辅气：7.5SCFH；载气：4SCFH；喷枪与基体之间的距离：90mm；送粉量：4.3r/min；功率：44kW；主气为Ar，辅气为H2，载气为Ar。
实施例2
按照实施例1的方法制备高发射率涂层，不同之处在于，等离子喷涂的参数中，主气：50SCFH；辅气：6.5SCFH，其余条件不变。
实施例3
按照实施例1的方法制备高发射率涂层，不同之处在于，等离子喷涂的参数中，主气：40SCFH；辅气：5.5SCFH，其余条件不变。
对实施例1制备得到的喷涂涂料和涂层进行性能的测试，具体测试结果如下
1)对喷涂涂料进行X射线衍射(XRD)测试
对实施例1制得的喷涂用(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19球形高熵陶瓷粉体进行XRD检测，得到XRD谱图，如图1所示。
由图1可知(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19的衍射峰与LaMgAl11O19标准卡片PDF#77-1429吻合良好，无其他杂峰出现，造粒和烧结没有改变高熵陶瓷材料相的结构；
2)对喷涂涂料进行扫描电子显微镜(SEM)观察
对实施例1制得的喷涂用((La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2Pr0.2)MgAl11O19球形高熵陶瓷粉体进行SEM观察，得到SEM图，如图2所示，其中a为放大倍率为250倍的SEM图，b为放大倍率为1200倍的SEM图。
由图2可知本发明提供的球形高熵陶瓷粉体具有良好的球形度，表面无明显裂纹出现，球形粉体几乎无破碎，表现出良好的内聚强度，此外，球形粉体表面较为粗糙，且存在较多的孔隙，增加了涂层对红外辐射的吸收，表面粗糙度较大可以加强反射和漫射，从而提高涂层的发射率。球形粉体表买呢的孔隙是由喷雾造粒的工艺特性参数决定的。粉体粒径位于45～90μm之间，粒径分布较为均匀。
3)对高发射率涂层进行X射线衍射(XRD)测试
对实施例1制得的涂层进行XRD检测，得到XRD谱图如图3所示。
由图3可知实施例1制备得到的涂层的物相与喷涂前粉体的物相一致，没有出现新的相，表明喷涂过程中粉体未发生相变或反应，展现了良好的稳定性。
4)对高发射率涂层进行扫描电子显微镜(SEM)观察
对实施例1制得的高发射率涂层的表面和截面进行SEM观察，得到SEM图，如图4所示，其中c为涂层表面的SEM图，d为涂层截面的SEM图。
从图4中可以看出，涂层表面存在熔融部分和非熔融部分，从而增加了涂层表面粗糙度，加强了反射和漫射，从而提高涂层的发射率。同时，涂层表面形成的空洞可以增加涂层对红外辐射的吸收；从截面的图片中可以看出，涂层的厚度约为200μm，涂层与基体之间的结合性能较好，基体表面的凹凸不平形貌有助于提高涂层的结合强度。
涂层中非熔融部分是在喷涂过程中，部分颗粒漂浮于等离子射流场边缘区域而未被充分加热或熔滴高速撞击到已沉积涂层时发生飞溅，飞溅的熔滴冷却凝固并在射流和重力作用下再次沉积到涂层表面而形成。熔融部分则是正常加热沉积
5)涂层发射率测试
在8～16μm的波长范围内对实施例1制得的涂层进行常温红外发射率的检测，得到红外发射率曲线图，如图5所示。
由图5可知实施例1制备得到的高发射率涂层的平均红外发射率为0.90407，可有效抑制飞行器等表面温度的升高。
在8～16μm的波长范围内对实施例1制得的涂层进行1000℃红外发射率的检测，得到红外发射率曲线图，如图6所示。
由图6可知实施例1制备得到的高发射率涂层的平均红外发射率为0.93774，相比于常温，在高温下涂层具有更高的红外发射率，可有效抑制飞行器等表面温度的升高，发射率具有优异的高温稳定性。
按照上述方法检测实施例2～3的常温(25℃)和高温(1000℃)下红外发射率，其结果列于表1中。
表1实施例1～3制备得到的高发射率涂层在8～16μm的波长范围内的常温和高温平均红外发射率
Figure BDA0003716882820000121
Figure BDA0003716882820000131
由表1可知，本发明提供的高发射率涂层具有较高的高温发射率。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种高发射率涂层，所述高发射率涂层的制备方法包括以下步骤：
将高熵陶瓷材料造粒，得到球形高熵陶瓷材料；
以球形高熵陶瓷材料为原料采用等离子喷涂法在基体表面制备高发射率涂层。
2.根据权利要求1所述高发射率涂层，其特征在于，等离子喷涂前还包括：对所述基体进行喷砂处理。
3.根据权利要求2所述高发射率涂层，其特征在于，所述喷砂处理的压力为2～6MPa，所述喷砂处理的时间为2～5s。
4.根据权利要求1所述高发射率涂层，其特征在于，所述等离子喷涂包括如下工艺参数：
电流：500～1000A；主气：40～100SCFH；辅气：5～20SCFH；载气：3～12SCFH；喷枪与基体之间的距离：70～150mm；送粉量：2～6r/min；功率：30～60kW；主气为Ar，辅气为H2，载气为Ar。
5.根据权利要求1所述高发射率涂层，其特征在于，所述造粒为喷雾造粒；
所述喷雾造粒包括以下步骤：
将高熵陶瓷材料、分散剂和粘结剂混合，得到浆料；
将所述浆料进行喷雾造粒，得到球形高熵陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述高发射率涂层，其特征在于，所述喷雾造粒的进口温度为240～280℃，出口温度为140～160℃，蠕动泵转速为30～50r/min，喷头转速为30～50r/s。
7.根据权利要求1所述高发射率涂层，其特征在于，所述高熵陶瓷材料包括REMgAl11O19；其中RE为La、Nd、Gd、Sm、Pr、Dy、Ce和Eu中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述高发射率涂层，其特征在于，所述高熵陶瓷材料为(La0.2Nd0.2Gd0.2Sm0.2M0.2)MgAl11O19，其中M为Pr、Dy、Ce或Eu。
9.根据权利要求7或8所述高发射率涂层，其特征在于，所述高熵陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：
将稀土元素氧化物、镁源和铝源混合，得到混合物料；所述镁源包括氧化镁或氢氧化镁，所述铝源包括氧化铝或氢氧化铝；
将所述混合物料进行焙烧，得到所述高熵陶瓷材料。
10.权利要求1～9任一项所述高发射率涂层在超高声速飞行器外表面或热工炉内表面的应用。
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