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钛合金表面高发射率涂层原位制备及性能研究

作　者: 牛翱翔
导　师: 姚忠平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 微弧氧化热控涂层钛合金太阳吸收率半球发射率
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钛合金因其本身太阳吸收率高、半球发射率低，不能有效的将表面所积累的热量散去，限制了其在航空航天等领域的应用。目前热控涂层技术是解决钛合金热控制问题的关键技术之一。本论文采用微弧氧化技术在钛合金基底表面原位生长制备热控涂层，系统研究了磷酸盐、铝酸盐、硅酸盐电解液体系的浓度、反应时间、电参数对膜层吸收率和发射率性能的影响。并对所制备得到的膜层进行了厚度和粗糙度、SEM、XRD表征、退火前后吸收率和发射率性能测试及热震性能测试，通过优化反应条件制备低吸收率和高发射率热控膜层。磷酸盐体系下所制备得到的膜层颜色较深，厚度和粗糙度较小，膜层由各种盐所对应的氧化物组成。通过膜层吸收率和发射率性能测试得到两者的值普遍比较高，分别在0.9和0.85左右。退火后膜层的吸收率减小幅度较大，发射率变化很小；热震40次后宏观上颜色变浅，局部微观上有裂纹扩展。铝酸盐体系下所制备得到的膜层为灰色到白色之间，厚度和粗糙度稍大，膜层由TiO₂和Al₂TiO₅组成，通过膜层吸收率和发射率性能测试得到两者的值分别在0.6和0.8左右。退火后膜层吸收率升高、发射率减小；热震40次后膜层有裂纹，局部有少量脱落。硅酸盐体系下所制备得到的膜层为白色，厚度和粗糙度均较大，经过工艺条件优化后（Na₂SiO₃为10g/L，次亚磷酸钠为1g/L，频率为500Hz，电流密度为10A/dm²，反应时间为45min）得到吸收率和发射率分别为0.37和0.93的膜层。该膜层退火前后吸收率略微增大，发射率略微减小，热震40次结果表明膜层表面有微量的脱落但并没有裂纹产生，抗热震性能良好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第1章绪论  11-25
  1.1 课题背景及研究目的和意义  11-12
  1.2 热控涂层及其研究进展  12-17
    1.2.1 热量来源  12-13
    1.2.2 热控涂层的类型  13-17
    1.2.3 热控涂层在航天器上的应用  17
  1.3 材料发射率及其影响因素  17-21
    1.3.1 材料组成  17-18
    1.3.2 材料厚度及表面状态  18-19
    1.3.3 合成工艺  19-20
    1.3.4 温度  20-21
  1.4 微弧氧化技术及其研究进展  21-24
    1.4.1 微弧氧化膜层制备技术  21-23
    1.4.2 微弧氧化膜层的应用  23-24
  1.5 本论文研究内容  24-25
第2章实验材料和研究方法  25-31
  2.1 实验材料及化学药品  25-26
    2.1.1 实验材料  25
    2.1.2 实验药品  25-26
    2.1.3 实验仪器  26
  2.2 实验设备及样品制备过程  26-28
    2.2.1 实验设备  26-27
    2.2.2 样片的处理  27-28
    2.2.3 实验过程  28
  2.3 膜层表征方法  28-29
    2.3.1 膜层厚度测量  28
    2.3.2 膜层粗糙度测量  28-29
    2.3.3 扫描电镜及 EDS 分析  29
    2.3.4 相组成分析  29
  2.4 膜层性能测试  29-31
    2.4.1 热震性能测试  29
    2.4.2 发射率性能测试  29-30
    2.4.3 太阳吸收率性能测试  30-31
第3章磷酸盐体系高发射率膜层的制备及性能研究  31-51
  3.1 钴盐掺杂陶瓷膜的制备及性能研究  31-36
    3.1.1 不同 Co(Ac)_2浓度下膜层的表征与性能研究  31-34
    3.1.2 EDTA-2Na 的添加对膜层的影响  34-36
  3.2 镍盐掺杂陶瓷膜的制备及性能研究  36-39
    3.2.1 膜层厚度和粗糙度  37
    3.2.2 膜层形貌  37-38
    3.2.3 膜层元素及相组成  38-39
    3.2.4 膜层的吸收率和发射率  39
  3.3 铁盐掺杂陶瓷膜的制备及性能研究  39-42
    3.3.1 膜层厚度和粗糙度  40
    3.3.2 膜层表面形貌  40
    3.3.3 膜层元素及相组成  40-42
    3.3.4 膜层吸收率和发射率  42
  3.4 多种盐共掺杂陶瓷膜层的制备及性能研究  42-48
    3.4.1 时间变化对膜层的影响  42-45
    3.4.2 浓度变化对膜层的影响  45-48
    3.4.3 对比不同溶液量下膜层的发射率  48
  3.5 热震及退火后性能测试  48-49
    3.5.1 热震性能  48
    3.5.2 退火  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第4章铝酸盐体系高发射率膜层的制备及性能研究  51-65
  4.1 铝酸盐体系下膜层厚度和粗糙度  51-54
    4.1.1 浓度影响  51-52
    4.1.2 频率影响  52-53
    4.1.3 电流密度影响  53
    4.1.4 反应时间影响  53-54
  4.2 铝酸盐体系下膜层表面形貌  54-57
    4.2.1 浓度影响  54-55
    4.2.2 频率影响  55-56
    4.2.3 电流密度影响  56
    4.2.4 反应时间影响  56-57
  4.3 铝酸盐体系下膜层相组成  57-60
    4.3.1 浓度影响  57-58
    4.3.2 频率影响  58-59
    4.3.3 电流密度影响  59
    4.3.4 反应时间影响  59-60
  4.4 铝酸盐体系下膜层吸收率发射率性能  60-62
    4.4.1 浓度影响  60
    4.4.2 频率影响  60-61
    4.4.3 电流密度影响  61-62
    4.4.4 反应时间影响  62
  4.5 铝酸盐体系下膜层热震及退火后性能测试  62-64
    4.5.1 热震性能  62-63
    4.5.2 退火  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第5章硅酸盐体系高发射率膜层的制备及性能研究  65-82
  5.1 硅酸盐体系下膜层厚度和粗糙度  65-68
    5.1.1 浓度影响  65-66
    5.1.2 频率影响  66-67
    5.1.3 电流密度影响  67-68
    5.1.4 反应时间影响  68
  5.2 硅酸盐体系下膜层表面形貌  68-72
    5.2.1 浓度影响  68-69
    5.2.2 频率影响  69-70
    5.2.3 电流密度影响  70
    5.2.4 反应时间影响  70-72
  5.3 硅酸盐体系下膜层元素及相组成  72-76
    5.3.1 浓度影响  72-73
    5.3.2 频率影响  73-74
    5.3.3 电流密度影响  74-75
    5.3.4 反应时间影响  75-76
  5.4 硅酸盐体系下膜层吸收率发射率性能  76-79
    5.4.1 浓度影响  76-77
    5.4.2 频率影响  77-78
    5.4.3 电流密度影响  78
    5.4.4 反应时间影响  78-79
    5.4.5 工艺条件优化  79
  5.5 硅酸盐体系下膜层热震及退火后性能测试  79-80
    5.5.1 热震性能  79-80
    5.5.2 退火  80
  5.6 本章小结  80-82
结论  82-83
参考文献  83-89
攻读学位期间发表的学术论文  89-91
致谢  91

钛合金表面高发射率涂层原位制备及性能研究

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