專利名稱：一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金表面熱控涂層的制備方法。
背景技術：
熱控涂層又稱溫控涂層，是空間飛行器(衛(wèi)星、飛船等)熱控系統(tǒng)所采用的一種重 要的材料，是一種實現(xiàn)被動熱控制的主要方式。熱控涂層可以通過自身的熱物理特性即太 陽吸收率(a s)和發(fā)射率(e )來調(diào)節(jié)控制航天器表面的溫度。對于已經(jīng)確定了飛行軌道 的航天器來說，其外表面的平均溫度決定于表面的as/e值。因此，正確選擇熱控材料的 as/e值，是保證航天器處于正常工作溫度范圍的關鍵。 目前主要使用的高發(fā)射率熱控涂層主要包括兩類一類是通過粘結(jié)劑與黑色顏料 混合后涂覆在基體表面的涂料型熱控涂層；另一類是通過陽極氧化著色或者電解著色得到 的一種以陽極氧化膜為基礎的電化學涂層。雖然這兩類高發(fā)射率涂層已經(jīng)應用于航空、航 天等領域，但這兩類涂層存在著空間穩(wěn)定性不好、耐紫外輻照性能差、與基體的結(jié)合力不理 想的缺點。 同時，近年來隨著現(xiàn)代航天技術的發(fā)展，軍用衛(wèi)星向大型化、高精度和多功能等方 面發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷不斷增加，因此，對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)輕量化提出了更高要求。因此，尋求一種 能夠替代現(xiàn)有鋁合金基體材料，同時質(zhì)量輕，并且能夠在其表面得到很好的紅外發(fā)射率的 基體材料成為現(xiàn)階段研究亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有應用于航天器的鋁合金材料重量大，不能滿足航天 器結(jié)構(gòu)輕量化的要求的問題，而提供一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制 備方法。 本發(fā)明一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方法是通過以下 步驟實現(xiàn)的一、對鎂合金進行表面除油預處理；二、采用主成膜劑、輔助成膜劑、著色添加 劑、絡合劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水制成電解液，其中，主成膜劑的濃度為20 100g/L，輔助 成膜劑的濃度為1 20g/L，著色添加劑的濃度為20 40g/L，絡合劑的濃度為20 50g/ L，pH調(diào)節(jié)劑的濃度為1 10g/L ;所述主成膜劑為磷酸鹽或者硅酸鹽，輔助成膜劑為硼砂或 者氟鋁酸鈉，著色添加劑為可溶的含鈷元素的無機鹽或有機鹽、或者可溶的含錳元素的無 機鹽或有機鹽，絡合劑為乙二胺或者乙二胺四乙酸，PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀；三、恒電流模式
制備熱控涂層將經(jīng)步驟一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為
陰極，采用脈沖微弧氧化電源，控制電流密度為3A m—2 8A m—2，頻率為50 2000Hz，占 空比10X 45X，微弧氧化反應5 60min，即在鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱 控涂層。 本發(fā)明采用微弧氧化方法在鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層，厚度為20 lOOym ;并將具有高紅外發(fā)射率的過渡金屬摻雜到膜層中，太陽吸收率為 0. 88 0. 95，紅外發(fā)射率為0. 85 0. 90，達到現(xiàn)有鋁合金表面的熱控涂層的性能。
本發(fā)明中鎂合金的密度小，僅為1. 73g/cm3，約為鋁合金密度的2/3。此外，鎂合金 的比強度和比剛度大，并且具有良好的阻尼性能，能夠承受較大的沖擊、振動載荷。采用本 發(fā)明在鎂合金上得到熱控涂層的熱控性能與鋁合金表面熱控涂層的性能相同，其重量降低 25% 35%，可以替代鋁合金應用于航天器上。 本發(fā)明的熱控涂層是通過微弧氧化方法在鎂合金基體上原位生長而成，主要由內(nèi) 層的致密層和外層的疏松層組成，其與底層材料結(jié)合強度高，不會因為環(huán)境的急冷急熱在 基體和陶瓷涂層之間產(chǎn)生裂紋，滿足結(jié)合強度和熱循環(huán)性能的要求，同時避免了化學穩(wěn)定 性低的鎂與外界接觸而發(fā)生腐蝕，提高了合金的耐蝕性。同時熱控涂層表面狀態(tài)色澤均勻， 可經(jīng)過簡單的后處理就能達到電化學熱控涂層所需要的涂層不疏松、不起泡、不起皮、無剝 落等要求。
具體實施例方式
本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的
任意組合。
具體實施方式
一 本實施方式鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備 方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、對鎂合金進行表面除油預處理；二、采用主成膜劑、輔助 成膜劑、著色添加劑、絡合劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水制成電解液，其中，主成膜劑的濃度為 20 100g/L，輔助成膜劑的濃度為1 20g/L，著色添加劑的濃度為20 40g/L，絡合劑的 濃度為20 50g/L，pH調(diào)節(jié)劑的濃度為1 10g/L ;所述主成膜劑為磷酸鹽或者硅酸鹽，輔 助成膜劑為硼砂或者氟鋁酸鈉，著色添加劑為可溶的含鈷元素的無機鹽或有機鹽、或者可 溶的含錳元素的無機鹽或有機鹽，絡合劑為乙二胺或者乙二胺四乙酸，PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化 鉀；三、恒電流模式制備熱控涂層將經(jīng)步驟一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極， 微弧氧化電解槽為陰極，采用脈沖微弧氧化電源，控制電流密度為3A m—2 8A m—2，頻率 為50 2000Hz，占空比10% 45%，然后微弧氧化反應5 60min，即在鎂合金表面得到 高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。 本實施方式步驟三中微弧氧化電解槽的材料為不銹鋼。 本實施方式采用微弧氧化方法在鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂 層，厚度為20 100iim，太陽吸收率為0. 88 0. 95，紅外發(fā)射率為0. 85 0. 90。
采用本實施方式制備的鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層，與現(xiàn)有鋁合 金表面的熱控涂層的性能相當，并且鎂合金與鋁合金相比，其重量可以減少25% 35%。
本實施方式采用微弧氧化技術，微弧氧化是近年來在陽極氧化基礎上發(fā)展起來的 一種新型表面處理技術，通過熱化學、電化學、等離子體化學的共同作用，在閥金屬表面原 位生長一層陶瓷膜的表面處理方法。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中鎂合金為 MB4、MB6、MB7或者MB15。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中對鎂合金 進行表面除油預處理的具體操作為配制質(zhì)量濃度為80 100g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑，將鎂合金試樣放入除油劑中，然后在70 9(TC條件下保溫15 20min，取出，用清水沖 洗，再用蒸餾水沖洗，烘干。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
對鎂合金的除油處理不限于本實施方式中所舉實例，凡是現(xiàn)有的合理的鎂合金除 油處理均適用于本實施方式。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二或三不同的是步驟二中主成 膜劑為磷酸鈉、磷酸鉀、硅酸鈉或者硅酸鉀。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一、二或三相 同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四不同的是步驟二中著色添加 劑為硫酸鈷、草酸鈷、硫酸錳或者乙酸錳。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟二中主成膜劑 的濃度為30 90g/L、輔助成膜劑的濃度為5 15g/L、著色添加劑的濃度為25 35g/L、 絡合劑的濃度為25 40g/L和pH調(diào)節(jié)劑的濃度為3 8g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟二中主成膜劑
的濃度為70g/L、輔助成膜劑的濃度為10g/L、著色添加劑的濃度為30g/L、絡合劑的濃度為
35g/L和pH調(diào)節(jié)劑的濃度為5g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟三中控制電流
密度為4A m—2 6A m—2。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟三中控制電流
密度為5A穌m—2。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九不同的是步驟三中頻率為 200 1000Hz。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至九相同。
具體實施方式
十一 本實施方式與具體實施方式
一至九不同的是步驟三中頻率為 500Hz。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至九相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至十一不同的是步驟三中微弧 氧化反應10 50min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至i^一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十一不同的是步驟三中微弧 氧化反應30min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至十一相同。
具體實施方式
十四本實施方式鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的 制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、配制質(zhì)量濃度為100g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑， 將MB15鎂合金放入除油劑中，然后在8(TC條件下保溫15min，取出，用清水沖洗，再用蒸 餾水沖洗，烘干；二、配制含有70g/L的磷酸鈉、15g/L的氟鋁酸鈉、35g/L的硫酸鈷、30g/L 的乙二胺四乙酸和8g/L氫氧化鉀的電解液，溶劑為去離子水；三、恒電流模式制備熱控涂 層將經(jīng)步驟一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為陰極，采用脈 沖微弧氧化電源，控制電流密度為4A m—2，頻率為500Hz，占空比45%，然后微弧氧化反應 40min，即在MB15鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。 本實施方式在MB15鎂合金表面獲得的熱控涂層均勻、致密、強度高。與MB15鎂合 金的結(jié)合力大。采用UV/VIS光度計(紫外可見分光光度計)和紅外反射計對熱控涂層分 別進行了太陽吸收率和紅外發(fā)射率的測試，測試結(jié)果為太陽吸收率可達到O. 88，紅外發(fā)射率可達到O. 85。 采用本實施方案在MB15鎂合金表面制備高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層涂層， 與鋁合金相比減重25 % 35 % 。
具體實施方式
十五本實施方式鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制 備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、配制質(zhì)量濃度為90g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑，將 MB6鎂合金放入除油劑中，然后在8(TC條件下保溫20min，取出，用清水沖洗，再用蒸餾水沖 洗，烘干；二、配制含有80g/L的硅酸鈉、6. 5g/L的氟鋁酸鈉、20g/L的草酸鈷、25g/L的乙二 胺和5g/L氫氧化鉀的電解液，溶劑為去離子水；三、恒電流模式制備熱控涂層將經(jīng)步驟一 預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為陰極，采用脈沖微弧氧化電 源，控制電流密度為5A *m—2，頻率為200Hz，占空比30%，然后微弧氧化反應30min，即在MB6 鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。 本實施方式在MB6鎂合金表面獲得的熱控涂層均勻、致密、強度高。與MB6鎂合金 的結(jié)合力大。采用UV/VIS光度計和紅外反射計對熱控涂層進行太陽吸收率和紅外發(fā)射率 的測試，測試結(jié)果為太陽吸收率可達到0. 90，紅外發(fā)射率可達到0. 87。
采用本實施方案在MB6鎂合金表面制備高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層涂層，與 鋁合金相比減重25 % 35 % 。
具體實施方式
十六本實施方式鎂合金表面高太陽吸收率熱高發(fā)射率控涂層的制 備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、配制質(zhì)量濃度為100g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑，將 MB4鎂合金放入除油劑中，然后在8(TC條件下保溫20min，取出，用清水沖洗，再用蒸餾水沖 洗，烘干；二、配制含有30g/L的磷酸鈉、10g/L的硼砂、25g/L的硫酸錳、35g/L的乙二胺四 乙酸和3g/L氫氧化鉀的電解液，溶劑為去離子水；三、恒電流模式制備熱控涂層將經(jīng)步驟 一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為陰極，采用脈沖微弧氧化 電源，控制電流密度為3A m—2，頻率為50Hz，占空比20 % ，然后微弧氧化反應50min，即在 MB4鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。 本實施方式在MB4鎂合金表面獲得的熱控涂層均勻、致密、強度高。與MB4鎂合金 的結(jié)合力大。采用UV/VIS光度計和紅外反射計對熱控涂層進行太陽吸收率和紅外發(fā)射率 的測試，測試結(jié)果為太陽吸收率可達到0. 92，紅外發(fā)射率可達到0. 88。
采用本實施方案在MB4鎂合金表面制備高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層涂層，與 鋁合金相比減重25 % 35 % 。
具體實施方式
十七本實施方式鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制 備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、配制質(zhì)量濃度為100g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑，將 MB7鎂合金放入除油劑中，然后在8(TC條件下保溫20min，取出，用清水沖洗，再用蒸餾水沖 洗，烘干；二、配制含有90g/L的硅酸鈉、20g/L的硼砂、20g/L的乙酸錳、25g/L的乙二胺四 乙酸和3g/L氫氧化鉀的電解液，溶劑為去離子水；三、恒電流模式制備熱控涂層將經(jīng)步驟 一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為陰極，采用脈沖微弧氧化 電源，控制電流密度為8A*m—2，頻率為2000Hz，占空比10%，然后微弧氧化反應10min，即在 MB7鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。 本實施方式在MB7鎂合金表面獲得的熱控涂層均勻、致密、強度高。與MB7鎂合金 的結(jié)合力大。采用UV/VIS光度計和紅外反射計對熱控涂層進行太陽吸收率和紅外發(fā)射率的測試，測試結(jié)果為太陽吸收率可達到0. 95，紅外發(fā)射率可達到0. 90。 采用本實施方案在MB4鎂合金表面制備高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層涂層，與
鋁合金相比減重25 % 35 % 。
權利要求
一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方法，其特征在于鎂合金表面高太陽吸收率熱控涂層的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、對鎂合金進行表面除油預處理；二、采用主成膜劑、輔助成膜劑、著色添加劑、絡合劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水配制成電解液，其中，主成膜劑的濃度為20～100g/L，輔助成膜劑的濃度為1～20g/L，著色添加劑的濃度為20～40g/L，絡合劑的濃度為20～50g/L，pH調(diào)節(jié)劑的濃度為1～10g/L；所述主成膜劑為磷酸鹽或者硅酸鹽，輔助成膜劑為硼砂或者氟鋁酸鈉，著色添加劑為可溶的含鈷元素的無機鹽或有機鹽、或者可溶的含錳元素的無機鹽或有機鹽，絡合劑為乙二胺或者乙二胺四乙酸，pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀；三、恒電流模式制備熱控涂層將經(jīng)步驟一預處理后的鎂合金浸入電解液中作為陽極，微弧氧化電解槽為陰極，采用脈沖微弧氧化電源，控制電流密度為3A·dm-2～8A·dm-2，頻率為50～2000Hz，占空比10％～45％，然后微弧氧化反應5～60min，即在鎂合金表面得到高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備 方法，其特征在于步驟一中對鎂合金進行表面除油預處理的具體操作為配制質(zhì)量濃度為 80 100g/L的氫氧化鈉溶液為除油劑，將鎂合金試樣放入除油劑中，然后在70 9(TC條 件下保溫15 20min，取出，用清水沖洗，再用蒸餾水沖洗，烘干。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備 方法，其特征在于步驟二中主成膜劑為磷酸鈉、磷酸鉀、硅酸鈉或者硅酸鉀。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方 法，其特征在于步驟二中著色添加劑為硫酸鈷、草酸鈷、硫酸錳或者乙酸錳。
5. 根據(jù)權利要求1 、2或4所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制 備方法，其特征在于步驟三中控制電流密度為4A dm—2 6A dm—2。
6. 根據(jù)權利要求1、2或4所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制 備方法，其特征在于步驟三中控制電流密度為5A dm一2。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方 法，其特征在于步驟三中頻率為200 1000Hz。
8. 根據(jù)權利要求6所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方 法，其特征在于步驟三中頻率為500Hz。
9. 根據(jù)權利要求1、2、4、7或8所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層 的制備方法，其特征在于步驟三中微弧氧化反應10 50min。
10. 根據(jù)權利要求1、2、4、7或8所述的一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂 層的制備方法，其特征在于步驟三中微弧氧化反應30min。
全文摘要
一種鎂合金表面高太陽吸收率高發(fā)射率熱控涂層的制備方法，它涉及一種鎂合金表面熱控涂層的制備方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有應用于航天器的鋁合金材料重量大，不能滿足航天器結(jié)構(gòu)輕量化的要求的問題。本發(fā)明的方法是一、對鎂合金進行除油預處理；二、配制含有主成膜劑、著色添加劑、絡合劑和pH調(diào)節(jié)劑的電解液；三、采用恒電流模式，以鎂合金為陽極，電解槽為陰極進行微弧氧化，即在鎂合金表面得到高太陽吸收率熱控涂層。本發(fā)明得到的熱控涂層與鎂合金基體的結(jié)合力好；熱控涂層的太陽吸收率為0.88～0.95，紅外發(fā)射率為0.85～0.9；其重量比鋁合金減少25％～35％?？梢詰糜诤教炱?。
文檔編號C25D11/02GK101748468SQ20101030067
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權日2010年1月25日
發(fā)明者盧松濤, 吳曉宏, 李慶陽, 王小東, 秦偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學