鋯酸鹽體系鈦合金MAO涂層制備及熱控性能研究.pdf

1、TC4合金的低發(fā)射率和高吸收率高嚴(yán)重地影響了其作為結(jié)構(gòu)材料在航天航空等領(lǐng)域的應(yīng)用。為提高鈦合金材料的熱控性能，本文在氟鋯酸鉀-磷酸鹽電解液體系中，采用微弧氧化方法在TC4合金表面制備出高發(fā)射低吸收的熱控陶瓷膜層，并通過SEM、XRD、EDS、厚度儀、粗糙度測試儀對膜層進(jìn)行組成結(jié)構(gòu)表征，通過紅外發(fā)射率和半球輻射率對膜層的熱控性能進(jìn)行研究。并利用光學(xué)發(fā)射譜對微弧氧化過程中的火花放電擊穿現(xiàn)象進(jìn)行了初步的分析。
　　在強酸性鋯酸鹽體系下，

2、鈦合金TC4微弧氧化后表面形成均勻的白色陶瓷膜層。膜層分為內(nèi)外兩層：內(nèi)層致密，外層疏松多孔為白色。反應(yīng)時間較短時，膜層較薄，由TiO2和(TiZr)O2等晶相物質(zhì)組成；隨著反應(yīng)時間的延長，膜層厚度增大，膜層的主要晶相為KZr2(PO4)3和K5Zr(PO4)3等磷酸鋯鹽。根據(jù)熱控性能，優(yōu)化膜層制備工藝：氟鋯酸鉀濃度6.0g/L、亞磷酸鈉濃度0.5g/L、磷酸2.0mL/L，電流密度大于12A/dm2，頻率50Hz，占空比25~45％，處

3、理時間大于20min。在此工藝條件下膜層的發(fā)射率大于0.960，吸收率小于0.320。熱震40次后，微弧氧化膜層的發(fā)射率有所降低，吸收率略有增大。
　　在弱酸性和弱堿性鋯酸鹽體系下所制備的膜層組成結(jié)構(gòu)與強酸性體系相似。在弱酸性體系下，電流密度越大，膜層發(fā)射率越大，吸收率越??；反之亦然。隨著占空比的增大，發(fā)射率先減小后增大，吸收率呈現(xiàn)相同的變化；處理時間延長，膜層的吸收率減小，發(fā)射率變化較小。膜層的發(fā)射率基本在0.885~0.910

4、之間，吸收率基本在0.335~0.400之間。在弱堿性鋯酸鹽體系，電流密度增大，膜層發(fā)射率基本不變，而吸收率減??；處理時間延長，吸收率減小，發(fā)射率增大。在弱堿性體系，膜層的發(fā)射率基本在0.960附近，吸收率基本在0.285~0.400之間。兩體系下膜層熱震40次后膜層發(fā)射率和吸收率變化不大。
　　對微弧氧化過程中的火花進(jìn)行采集和分析，火花放電元素主要為金屬離子鈉、鉀和鈦以及氫離子等，為微弧氧化提供能量，但在膜層中的含量較少。溶液中