本发明涉及合金表面复合热控涂层处理技术。更具体地，涉及一种合金表面复合热控涂层的制备方法。
背景技术：
：空间功率器件在轨运行时，由于要长期处在太阳辐照和背阴面的交替变化中，存在其向阳面温度较高达200℃，背阳面温度过低，所经历的环境温度变化可高达数百度的问题，而且由于受到太阳辐射和粒子辐照等环境因素，在其表面和星内设备物面很容易形成高温和温度梯度，进而导致内部工作环境恶化，使航天器损坏或不能正常工作，因此，航天器必须要精心进行热控制设计，热控涂层是一种实现被动热控制的主要方式，热控涂层通过自身的热物理特性即太阳吸收率(αs)和发射率(ε)来调节航天器表面温度，航天器外表面的平均温度与αs/ε值成正比关系，低吸收率高发射率的热控涂层能更有效地保证航天器处于正常工作温度范围。空间功率器件常用的散热技术是通过在器件上安装轻便的铝合金或者镁合金辐射器，将产生的部分热量直接辐射到外太空中去。辐射器表面必须具有良好的热辐射能力，具有高的辐射率，同时应尽可能减少表面对太阳光能量的吸收，即具有尽可能低的太阳吸收率。目前使用的低吸收高发射率热控涂层包括两类，一类是通过粘结剂与颜料混合后涂覆在合金表面的涂料型热控涂层，另一类是通过阳极氧化得到的一种以阳极氧化膜为基础的电化学涂层。虽然这两类涂层已经应用于航空航天等领域，但这两类涂层存在着空间稳定性不好，耐紫外辐照性能差，与基体的结合力不理想等缺点。微弧氧化技术虽然在合金表面原位生长膜层，具有结合力高，形状适应性好，膜层厚度均匀，工序简单等优点，但是微弧氧化工艺的太阳吸收率αs在0.4左右，很难进一步大幅降低。而无机热控白漆虽然太阳吸收率较小(小于0.18)，但是也存在其与基材的结合强度低、根部和边缘厚度不均的问题。以上现有微弧氧化技术和无机热控白漆存在以下技术问题：1)现有喷漆前处理有喷砂和打磨，喷砂和打磨后基材表面的粗糙度最大能达到6μm左右，而无机热控白漆与基底的结合力随基材表面的粗糙度增加而增大，且对较薄的基材喷砂存在变形问题。2)现有微弧氧化表面处理技术存在的太阳吸收率较高(大于0.35)的问题。3)现有无机热控白漆热控涂层存在结合力低、分布不均的缺点。4)现有喷漆要想得到较低的太阳吸收率，需要喷涂无机漆的厚度较厚(大于120μm)，面漆一般需要喷涂较多遍数，较厚的无机热控白漆会影响与基底的结合力，而且均匀度不好控制。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种合金表面复合热控涂层的制备方法。本发明通过在微弧氧化表面喷涂无机热控白漆，制备一种合金表面低太阳吸收率高发射率复合热控涂层，不仅可以克服微弧氧化和无机热控白漆热控涂层的缺点，而且很容易使其表面太阳吸收率αs降到0.2以下，此方法成为空间功率器件辐射器表面处理的最优技术选择，且该方法适合于合金、镁合金表面低吸收高辐射复合热控涂层处理。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：本发明提供一种合金表面复合热控涂层的制备方法，包括以下步骤：对合金件进行微弧氧化处理；在微弧氧化处理形成的膜层上喷涂底漆；在底漆上喷涂面漆，得到所述复合热控涂层。优选地，所述复合热控涂层的厚度为60μm～300μm。优选地，对合金件进行微弧氧化处理前，对合金件表面进行预处理。优选地，所述预处理包括：将合金件浸入质量分数为1％-10％的氢氧化钠溶液中保持1min～2min，在去离子水里超声清洗1min～10min，用去离子水冲洗4-6次，脱水烘干。优选地，所述微弧氧化处理包括：配制电解液，所述电解液包括偏磷酸盐、硅酸盐和ph调节剂；将合金件置于所述电解液中，以合金件作为阳极，对其进行微弧氧化。在以上所述微弧氧化处理过程中，所述电解液为微弧氧化中的常规电解液，本发明所使用的电解液包括：磷酸氢二钠20g/l～80g/l、磷酸钠0g/l～10g/l、硅酸钾20g/l～60g/l和硅酸钠0g/l～30g/l，ph调节剂为koh，调节电解液ph为8-12。在以上所述微弧氧化处理过程中，优选地，将合金件置于盛有所述电解液的不锈钢槽体中，以合金件作为阳极，以间隔分布方式的不锈钢板作为阴极，接通电源进行微弧氧化。优选地，所述微弧氧化选择脉冲电压电源模型作为能量供给源，电源频率为10hz～1000hz、电源占空比为10％～45％、电流密度为3a/dm3～30a/dm3、电压200v～600v，电解液温度为15℃～50℃，微弧氧化时间为30min～120min。优选地，微弧氧化得到膜层的厚度为20μm～100μm。优选地，微弧氧化处理后，其表面粗糙度大于8μm。优选地，所述合金件在微弧氧化后喷漆前进行洁净保存。优选地，所述喷涂底漆包括：将微弧氧化处理后的合金件用去离子水进行冲洗后，将膜层快速吹干；然后喷涂无机热控白漆底漆。在以上喷涂底漆过程中，优选地，喷涂底漆时的喷枪口径为0.5mm～2mm，压力为0.1mpa～0.5mpa，底漆喷涂1-3遍。优选地，喷涂第一遍后用毛刷将微弧氧化表面底漆刷涂均匀，2-4小时后喷涂第二遍底漆，同样方法共喷涂1-3遍底漆，然后室温放置10-20小时，烘箱烘烤8-12小时，烘烤温度为80-120℃。优选地，所述喷涂面漆包括：在底漆表面喷涂无机热控白漆面漆，共喷涂2-6遍。优选地，喷涂面漆时的喷枪口径为0.5mm～2mm，压力为0.1mpa～0.5mpa；2-6小时后喷涂第二遍面漆，同样方法共喷涂2-6遍面漆。优选地，喷涂结束后室温放置10-20小时，烘箱烘烤8-12小时，烘烤温度为80-120℃。优选地，喷涂面漆结束后还包括修整：将所得复合热控涂层外表面小颗粒，不平整的地方打磨、修理平整。所述修正使用到的工具包括不限于白砂纸、尼龙布和手术刀片。优选地，所述白砂纸为40-200目。优选地，所述合金的型号为er5356铝镁合金、2a12铝合金、mb15镁合金或者不同牌号铝合金和镁合金。优选地，所述底漆和面漆的喷涂过程进行氮气保护。优选地，所述底漆喷涂和面漆喷涂中所使用的底漆和面漆经过球磨机球磨2-6小时。通过在微弧氧化表面喷涂无机热控白漆，制备一种合金表面低太阳吸收率高发射率复合热控涂层，不仅可以克服微弧氧化和无机热控白漆热控涂层的缺点，而且很容易使其表面太阳吸收率αs降到0.2以下，此方法成为空间功率器件辐射器表面处理的最优技术选择。本发明的有益效果如下：1)结合力本发明将喷漆前处理喷砂、打磨改为微弧氧化，表面粗糙度得到明显提升，从6μm提升到15μm左右，粗糙度提升一倍以上；使得无机热控白漆结合力大大提升；并且可以避免喷砂导致较薄基底产生变形。2)低太阳吸收率本发明基材微弧氧化后喷涂无机热控白漆比喷砂后同样厚度的白漆太阳吸收率低。3)协同性利用微弧氧化和无机热控白漆的协同作用，达到更高的热控参数。使产品保证微弧氧化和无机热控白漆同时，克服二者的缺点。4)成本低无机热控白漆价格较高，且喷涂遍数较多，而本发明在微弧氧化表面喷涂其一半遍数即可满足热控性能，故在保证结合力和热控性能的同时，减少至少一半成本。5)推广性现有空间行波管辐射器的基材是铝合金，其表面热控涂层工艺微弧氧化工艺较成熟。随着航天技术的发展，航天任务对航天器的减重需求非常迫切，对低密度、高性能结构材料有着强烈的需求。为减轻辐射器的质量，考虑将基材改为轻金属材料镁铝合金，甚至是镁锂合金，镁合金是目前最轻的金属工程材料，密度为1.74g/cm3，仅为铝的2/3，同时比强度高，导电、导热性能好，兼有良好的阻尼减震与电磁屏蔽性能，所以镁合金代替铝合金成为航天器减重发展的重大方向。但是，镁合金具有极高的电化学活性，用于结构件时面临着严重的腐蚀问题，而且镁、锂合金材料的微弧氧化现在还不是很成熟，所以在镁合金微弧氧化表面喷涂无机热控白漆是大势所趋。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出实施例1与对比例1表面不同厚度无机热控白漆所对应的太阳吸收率。图2示出实施例1微弧氧化后的铝合金表面照片。图3示出实施例1喷漆后的铝合金表面照片。图4示出对比例1喷砂后铝合金表面照片。具体实施方式为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例1：本实施例选取尺寸为60×60×2mm的2a12铝合金试片，进行合金表面复合热控涂层的制备，包括以下步骤：1、铝合金件表面预处理：主要是除去零件表面的油污和氧化层，露出洁净表面，清洗主要是碱洗。将铝合金件浸入质量分数为1％-10％的氢氧化钠溶液中保持1-2min，在去离子水里超洗1-10min，用去离子水冲洗4-6次，脱水烘干。2、微弧氧化：配制复合电解液体系，其中磷酸氢二钠60g/l、磷酸钠8g/l、硅酸钾50g/l和硅酸钠20g/l，外加koh调节ph为8-9，将经步骤1中处理后的铝合金件置于盛有经步骤2配制的电解液的槽体中，以铝合金件为阳极、以间隔分布方式的不锈钢板作为阴极，接通电源进行微弧氧化，选择脉冲电压电源模型作为能量供给源，电源频率为400hz、电源占空比为20％、电流密度为10a/dm3，电解液温度为35±2℃，微弧氧化时间为60min，得到膜层的厚度为70μm。图2为微弧氧化后的铝合金表面照片。3、喷涂底漆：将经步骤2中处理后的铝合金件用去离子水进行冲洗后，将膜层快速吹干。然后喷涂无机热控白漆底漆，喷枪口径为0.5mm，压力为0.2mpa，喷涂第一遍后需用毛刷将微弧氧化表面底漆刷涂均匀，4小时后喷涂第二遍底漆，同样将其刷涂均匀，然后室温放置15小时，烘箱烘烤12小时，烘烤温度为100℃。4、喷涂面漆：将经步骤3处理后的铝合金件进行面漆喷涂，用口径为0.5mm的喷漆在铝合金底漆表面喷涂无机热控白漆面漆，喷涂压力为0.2mpa，4小时后喷涂第二遍面漆，同样方法喷涂不同遍数面漆，喷涂结束后室温放置15小时，烘箱烘烤12小时，烘烤温度为100℃。即在铝合金件表面得到低太阳吸收率高发射率复合热控涂层。其中的无机热控白漆的厚度如图1中所示。5、修整：将步骤4得到的合金件表面低太阳吸收率高发射率复合热控涂层，用白砂纸，尼龙布，手术刀片将外表面小颗粒，不平整的地方打磨、修理平整。最终的铝合金表面为图3所示。结合图2和图3可知，铝合金基材微弧氧化后表面生长出空状陶瓷，原位生长，表面空隙较大，粗糙度较大，喷漆后表面被无机热控白漆覆盖。对比例1：本对比例对铝合金试片进行喷砂处理后喷漆，包括以下步骤：1、选取尺寸为60×60×2mm的2a12铝合金试片，将其进行喷砂处理(0.3mpa)。图4为喷砂后铝合金表面照片。对比图2和图4可知，微弧氧化后的铝合金表面得到一层氧化膜，其表面较喷砂后表面粗糙；喷砂后铝合金基材露出基底，且表面较光滑。2、喷涂底漆：将经步骤2中处理后的铝合金件用去离子水进行冲洗后，将膜层快速吹干。然后喷涂无机热控白漆底漆，喷枪口径为0.5mm，压力为0.2mpa，喷涂第一遍后需用毛刷将微弧氧化表面面漆刷涂均匀，4小时后喷涂第二遍底漆，同样将其刷涂均匀，然后室温放置15小时，烘箱烘烤12小时，烘烤温度为100℃。3、喷涂面漆：将经步骤2处理后的铝合金件进行面漆喷涂，用口径为0.5mm的喷漆在铝合金底漆表面喷涂无机热控白漆面漆，喷涂压力为0.2mpa，4小时后喷涂第二遍面漆，同样方法喷涂不同遍数面漆，喷涂结束后室温放置15小时，烘箱烘烤12小时，烘烤温度为100℃。即在铝合金件表面得到低太阳吸收率高发射率复合热控涂层。其中的无机热控白漆的厚度如图1中所示。4、修整：将步骤3得到的铝合金件表面低太阳吸收率高发射率复合热控涂层，用白砂纸，尼龙布，手术刀片将外表面小颗粒，不平整的地方打磨、修理平整。对比实施例1和对比例1：(1)无机热控白漆与基材的结合力与基材表面的粗糙度有关系，基材表面粗糙度越大基材与无机热控白漆结合力越强。不同喷砂压力表面粗糙度与微弧氧化表面粗糙度的对比如表1所示。表1不同喷砂压力表面粗糙度与微弧氧化表面粗糙度的对比喷砂压力(mpa)00.10.20.30.40.5微弧氧化粗糙度1(μm)0.7282.123.333.754.615.7413.62粗糙度2(μm)0.5882.053.044.044.236.5815.46平均0.6582.093.193.904.426.1614.54从表1可以看出，微弧氧化表面的粗糙度是喷砂的数倍。本发明(实施例1)喷漆前处理微弧氧化表面的粗糙度较之前喷砂打磨(对比例1)从6μm提高到了15μm，提高了1.5倍，效果较明显，无机热控白漆结合力更强。且对于较薄的样品喷砂会使其变形，所以微弧氧化是一种更好的无机热控白漆喷漆前处理方法。(2)本发明(实施例1)基材微弧氧化后喷涂无机热控白漆比喷砂后(对比例1)同样厚度的白漆太阳吸收率低。如图1所示，同样喷涂75μm的无机热控白漆，本发明(实施例1)表面进过微弧氧化处理的太阳吸收率为0.15，之前喷砂前处理(对比例1)太阳吸收率为0.17，同样厚度漆层，微弧氧化前处理的基材表面太阳吸收率得到明显降低。(3)本发明(实施例1)基材表面达到同样太阳吸收率时，微弧氧化表面需要喷涂的白漆厚度比喷砂表面(对比例1)喷涂的白漆要薄。如图1，要基材表面的太阳吸收率达到0.16，本发明(实施例1)微弧氧化前处理的基材只需喷涂50μm的无机热控白漆，而之前喷砂前处理(对比例1)需要喷涂100μm左右的厚度的无机热控白漆，达到同样光热参数的情况下，本发明微弧氧化前处理需要喷涂的漆层较薄。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页1 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技术特征：
1.一种合金表面复合热控涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对合金件进行微弧氧化处理；
在微弧氧化处理形成的膜层上喷涂底漆；
在底漆上喷涂面漆，得到所述复合热控涂层；
优选地，所述复合热控涂层的厚度为60μm～300μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对合金件进行微弧氧化处理前，对合金件表面进行预处理；
优选地，所述预处理包括：将合金件浸入质量分数为1％-10％的氢氧化钠溶液中保持1min～2min，在去离子水里超声清洗1min～10min，用去离子水冲洗4-6次，脱水烘干。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化处理包括：
配制电解液，所述电解液包括偏磷酸盐、硅酸盐和ph调节剂；
将合金件置于所述电解液中，以合金件作为阳极，对其进行微弧氧化。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将合金件置于盛有所述电解液的不锈钢槽体中，以合金件作为阳极，以间隔分布方式的不锈钢板作为阴极，接通电源进行微弧氧化；
优选地，所述微弧氧化选择脉冲电压电源模型作为能量供给源，电源频率为10hz～1000hz、电源占空比为10％～45％、电流密度为3a/dm3～30a/dm3、电压200v～600v，电解液温度为15℃～50℃，微弧氧化时间为30min～120min；
优选地，微弧氧化得到膜层的厚度为20μm～100μm；
优选地，微弧氧化处理后，其表面粗糙度大于8μm；
优选地，所述合金件在微弧氧化后喷漆前进行洁净保存。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂底漆包括：
将微弧氧化处理后的合金件用去离子水进行冲洗后，将膜层快速吹干；然后喷涂无机热控白漆底漆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，喷涂底漆时的喷枪口径为0.5mm～2mm，压力为0.1mpa～0.5mpa，底漆喷涂1-3遍；
优选地，喷涂第一遍后用毛刷将微弧氧化表面底漆刷涂均匀，2-4小时后喷涂第二遍底漆，同样方法共喷涂1-3遍底漆，然后室温放置10-20小时，烘箱烘烤8-12小时，烘烤温度为80-120℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂面漆包括：
在底漆表面喷涂无机热控白漆面漆，面漆喷涂2-6遍。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，喷涂面漆时的喷枪口径为0.5mm～2mm，压力为0.1mpa～0.5mpa；2-6小时后喷涂第二遍面漆，同样方法共喷涂2-6遍面漆；
优选地，喷涂结束后室温放置10-20小时，烘箱烘烤8-12小时，烘烤温度为80-120℃。
9.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，喷涂面漆结束后还包括修整：将所得复合热控涂层外表面小颗粒，不平整的地方打磨、修理平整；
优选地，所述修正使用到的工具包括白砂纸、尼龙布和手术刀片；
优选地，所述白砂纸为40-200目；
优选地，所述合金包括铝合金、镁合金或钛合金；
优选地，所述合金的型号为er5356铝镁合金、2a12铝合金或mb15镁合金。
10.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述底漆和面漆的喷涂过程进行氮气保护；
优选地，所述底漆喷涂和面漆喷涂中所使用的底漆和面漆经过球磨机球磨2-6小时。
技术总结
本发明公开一种合金表面复合热控涂层的制备方法。该制备方法包括以下步骤：对合金件进行微弧氧化处理；在微弧氧化处理形成的膜层上喷涂底漆；在底漆上喷涂面漆，得到所述复合热控涂层。本发明通过在微弧氧化表面喷涂无机热控白漆，制备一种合金表面低太阳吸收率高发射率复合热控涂层，不仅可以克服微弧氧化和无机热控白漆热控涂层的缺点，而且很容易使其表面太阳吸收率αS降到0.2以下，此方法成为空间功率器件辐射器表面处理的最优技术选择。
技术研发人员：陈廷伟;瞿波;梁晓峰;田志英;梁文龙;宋磊
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十二研究所
技术研发日：.12.04
技术公布日：.02.18
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