一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，该方法为：一、对TC4钛合金表面依次进行预磨、酸洗和冲洗；二、由六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液；三、将TC4钛合金置于装有电解液的不锈钢电解槽中，所述TC4钛合金作为阳极，所述不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源设备在TC4钛合金表面进行微弧氧化制备高红外发射率涂层。本发明专利技术采用微弧氧化技术进行制备，在偏磷酸盐+高锰酸钾体系中通过控制恒压实现TC4钛合金表面陶瓷膜层的原位生长，保证了涂层与TC4钛合金基体的结合性与均匀性，制备出了结构均匀并具有高红外发射率的涂层。

Preparation method of high infrared emissivity coating on TC4 titanium alloy surface

The invention discloses a preparation method of high infrared emissivity coating on the surface of TC4 titanium alloy. The method is: first, the surface of TC4 titanium alloy is pregrinding, acid washing and washing in turn; two, the electrolyte is made from six sodium phosphate, sodium hydroxide and Potassium Permanganate water; three, the TC4 titanium alloy is placed in the stainless steel containing the electrolyte. In the electrolytic cell, the TC4 titanium alloy is used as the anode and the stainless steel electrolyzer as the cathode. The high infrared emissivity coating is prepared by micro arc oxidation on the surface of TC4 titanium alloy by pulse micro arc oxidation power equipment. The invention is prepared by the micro arc oxidation technology. In the orthophosphate + Potassium Permanganate system, the in-situ growth of the ceramic coating on the TC4 titanium alloy surface is realized by controlling the constant pressure. The adhesion and uniformity of the coating and the TC4 titanium alloy matrix are ensured, and the coating with uniform structure and high infrared emissivity is prepared.

【技术实现步骤摘要】
一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法
本专利技术属于涂层制备
，具体涉及一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法。
技术介绍
目前红外辐射材料因其显著的节能效果而广泛应用于日常保健杀菌、工业窑炉节能、建筑隔热涂层以及航天器散热等方面。其中在航空航天领域中高红外发射率材料尤为重要，由于飞机的高速飞行而导致其机身表面蒙皮温度过高，故需要高红外发射率的材料作为新型防热结构材料，能够以红外辐射形式将基体的热量快速高效地以辐射能的形式排出，降低机身温度，解决飞行器在大气层中表面过热的问题。钛及其合金具有良好的比强度、耐蚀性、高温性能等一系列优异的特性，因此在现代航空航天、舰船、电子以及民用工业等领域得到越来越广泛的应用。但因其本身的太阳吸收率高、半球发射率低，从而导致不能有效地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。因此对钛合金表面进行一定处理，制备出高红外发射率涂层，可有效控制控制航天器内外温度。目前主要的制备钛合金表面高红外发射率涂层的常用方法和技术有溶胶凝胶法，物理气相沉积，阳极氧化，高温熔烧等，但这些方法都存在一定不足，其中溶胶凝胶法所用的金属醇盐比较昂贵，难以实行大型化的生产，且制备的涂层难以达到所需的致密度和均匀的微观结构导致材料的发射性能受到一定影响。物理气相沉积法与阳极氧化法对金属基体的要求高而难以普及。高温熔烧法容易导致材料在高温下发生热处理，降低其力学性能。用微弧氧化法在钛合金表面制备的陶瓷膜层可与基体界面形成离子键结合，具有较高的结合力，并且表面粗糙度、掺杂种类和晶型易于调节，是未来高发射率膜层制备的主要发展趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法。该制备方法采用微弧氧化技术进行制备，在磷酸盐体系中通过控制恒压实现TC4钛合金表面陶瓷膜层的原位生长，保证了涂层与基体的结合性与均匀性，制备出了结构均匀并具有高红外发射率的TC4钛合金涂层。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采用砂纸对TC4钛合金进行预磨处理，得到去除表面氧化层的TC4钛合金，将去除氧化层的TC4钛合金浸入到混合酸中酸洗5s～8s，再用蒸馏水冲刷干净得到表面光滑的TC4钛合金；步骤二、由六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液，所述电解液中六偏磷酸钠的含量为10g/L～30g/L，氢氧化钠的含量为0.4g/L～0.8g/L，高锰酸钾的含量为1g/L～5g/L；步骤三、将步骤一处理后的TC4钛合金置于装有步骤二中所述电解液的不锈钢电解槽中，所述TC4钛合金作为阳极，所述不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源，在恒电压为400V～600V、升压时间为30s～90s、占空比为10％～30％、频率为600Hz～800Hz、电解液温度为20℃～30℃的条件下微弧氧化30min～60min，最后采用蒸馏水冲洗干净TC4钛合金的表面并吹干，则在TC4钛合金表面得到高红外发射率涂层，在5μm～20μm的红外波段内所述高红外发射率涂层的发射率为0.8～0.95。上述的一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中依次使用800目、1000目、1500目砂纸对TC4钛合金表面进行预磨处理。上述的一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述混合酸由HF溶液和HNO3溶液混合而成，所述混合酸中HF的质量百分含量为6％，HNO3的质量百分含量为18％。上述的一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，步骤三所述TC4钛合金置于不锈钢电解槽的中部，保证微弧氧化的阳极和阴极保证一定距离，使得在微弧氧化时能够在TC4钛合金表面得到均匀的高红外发射率涂层。上述的一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述不锈钢电解槽的外壁上设置有用于控制电解液温度的循环水系统，所述循环水系统包括缠绕在不锈钢电解槽外壁上的循环管，所述循环管内通有用于控制电解液温度的循环水，采用该循环水系统就可以使该涂层的制备不受外界温度的影响，保证微弧氧化始终能够控制在20℃～30℃的条件下进行。上述的一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，步骤三所述高红外发射率涂层的厚度为30μm～55μm，粗糙度为2μm～4μm，所述高红外发射率涂层和TC4钛合金的结合强度为10MPa～25MPa。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术利用微弧氧化技术在TC4钛合金基体表面制备了高红外发射率的涂层，制备出的涂层为致密的陶瓷涂层，具有良好的耐热性与抗腐蚀性，且涂层在基体上原位生长，二者结合性能良好。本专利技术通过调节电解液成分在涂层中引入过渡元素锰，从而起到提高TC4钛合金发射率的作用，元素成分与工艺过程简单易调节，并且在制备过程无有害物质的产生。2、本专利技术的电解液采用磷酸盐体系有利于涂层的致密性。在磷酸盐体系中，偏磷酸根可以在800℃的温度下转变为焦磷酸盐，以焦磷酸钠的非晶态形式存在于膜层中，而非晶态的无序性可以使晶体结构更复杂，有利于发射率的提高。高锰酸钾具有强烈的氧化还原作用，在膜层中更易形成MnO2，有利于发射率的提高，此外，NaOH的加入也可以提高电解液的导电性，有利于微弧氧化反应的进行。因此，本专利技术采用六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液，并且经过大量试验验证，该电解液中六偏磷酸钠的含量为10g/L～30g/L，氢氧化钠的含量为0.4g/L～0.8g/L，高锰酸钾的含量为1g/L～5g/L时，经微弧氧化在TC4钛合金表面得到的高红外发射率涂层，在5μm～20μm的红外波段内所述高红外发射率涂层的发射率为0.8～0.95，具有良好的应用前景。3、本专利技术通过设计全新的电解液配方，并全新参数设计的微弧氧化相结合，在TC4钛合金表面制备的高红外发射率涂层，该涂层的厚度为30μm～55μm，涂层粗糙度为2μm～4μm，结合强度为10MPa～25MPa，在红外波长为5μm～20μm的范围内涂层的发射率可达为0.8～0.95，能够应用于航空材料领域。下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1在TC4钛合金表面制备的高红外发射率涂层的XRD衍射图。图2为本专利技术实施例1在TC4钛合金表面制备的高红外发射率涂层的SEM扫描图。具体实施方式实施例1步骤一、依次使用1000目、1500目、2000目砂纸对TC4钛合金进行预磨处理，得到去除表面氧化层的TC4钛合金；将去除氧化层的TC4钛合金浸入到混合酸酸洗5s-8s，所述混合酸由HF和HNO3混合而成，所述HF的质量百分含量为6％，HNO3的质量百分含量为18％，再用蒸馏水冲刷干净得到表面光滑的TC4钛合金；步骤二由六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液，所述电解液中六偏磷酸钠的含量为10g/L，氢氧化钠的含量为0.4g/L，高锰酸钾的含量为1g/L，六偏磷酸钠和氢氧化钠为主盐体系，高锰酸钾为添加剂；步骤三、将处理后的TC4钛合金置于装有步骤二中配制的电解液的不锈钢电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采用砂纸对TC4钛合金进行预磨处理，得到去除表面氧化层的TC4钛合金，将去除氧化层的TC4钛合金浸入到混合酸中酸洗5s～8s，再用蒸馏水冲刷干净得到表面光滑的TC4钛合金；步骤二、由六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液，所述电解液中六偏磷酸钠的含量为10g/L～30g/L，氢氧化钠的含量为0.4g/L～0.8g/L，高锰酸钾的含量为1g/L～5g/L；步骤三、将步骤一处理后的TC4钛合金置于装有步骤二中所述电解液的不锈钢电解槽中，所述TC4钛合金作为阳极，所述不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源，在恒电压为400V～600V、升压时间为30s～90s、占空比为10％～30％、频率为600Hz～800Hz、电解液温度为20℃～30℃的条件下微弧氧化30min～60min，最后采用蒸馏水冲洗干净TC4钛合金的表面并吹干，则在TC4钛合金表面得到高红外发射率涂层，在5μm～20μm的红外波段内所述高红外发射率涂层的发射率为0.8～0.95。

【技术特征摘要】
1.一种TC4钛合金表面高红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、采用砂纸对TC4钛合金进行预磨处理，得到去除表面氧化层的TC4钛合金，将去除氧化层的TC4钛合金浸入到混合酸中酸洗5s～8s，再用蒸馏水冲刷干净得到表面光滑的TC4钛合金；步骤二、由六偏磷酸钠、氢氧化钠和高锰酸钾加水制成电解液，所述电解液中六偏磷酸钠的含量为10g/L～30g/L，氢氧化钠的含量为0.4g/L～0.8g/L，高锰酸钾的含量为1g/L～5g/L；步骤三、将步骤一处理后的TC4钛合金置于装有步骤二中所述电解液的不锈钢电解槽中，所述TC4钛合金作为阳极，所述不锈钢电解槽作为阴极，采用脉冲微弧氧化电源，在恒电压为400V～600V、升压时间为30s～90s、占空比为10％～30％、频率为600Hz～800Hz、电解液温度为20℃～30℃的条件下微弧氧化30min～60min，最后采用蒸馏水冲洗干净TC4钛合金的表面并吹干，则在TC4钛合金表面得到高红外发射率涂层，在5μm～20μm的红外波段内所述高红外发射率涂层的发射率为0.8～0.95。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈静，高广睿，呼丹，李超众，王宝云，颜学柏，李争显，
申请(专利权)人：西安赛福斯材料防护有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61