钛合金表面微弧氧化与溶胶凝胶法制备高发射率涂层

论文摘要

当飞行器在大气中作超音速飞行时,由于气体粘性作用,其外表面高速气流会受到压缩和摩擦而形成气动加热,在飞行器表面产生高温和温度梯度,高温不断由飞行器外表面向结构内部传递,从而导致飞行器外形及结构强度和刚度的改变,并产生热应变还会产生材料烧蚀等现象,对飞行器的正常飞行造成严重影响。同时所产生的热量向飞行器内部传送,引起飞行器内部温度升高,造成内部工作环境恶化。本论文通过在钛合金表面用微弧氧化法与溶胶凝胶法制成高发射率涂层提高钛合金的高温抗氧化性能并使飞行器表面蒙皮的热量通过辐射传热的方式及时发散,使飞行器表面温度降低。以Na3PO4为电解液体系的主盐,选择钛合金TC4为基体,电源输出电压为460V,脉冲频率60HZ,占空比45%,氧化时间15min,通过在7g/L-16g/L范围内改变电解液Na3PO4的浓度来制备了微弧氧化陶瓷膜层厚度在5-20μm范围内可控的陶瓷膜层样片。通过XRD测试分析发现经过700℃煅烧之后,陶瓷膜层中除了锐钛矿TiO2相,又产生了少量的金红石TiO2相。对陶瓷膜层进行剪切强度测试以及发射率测试,发现随着膜层厚度的增加,剪切强度降低。在5-20μm范围内剪切强度都大于15MPa,满足膜层使用条件要求。陶瓷膜层发射率随膜层厚度变化的规律呈现为:先增大,增大到一定值之后,又开始减小。采用旋涂法在陶瓷层表面涂覆溶胶凝胶膜层,再经过700℃高温煅烧,形成复合膜层。对不同复合膜层进行XRD分析,相比陶瓷膜层分别多了CuO、Cr2O3、CoTiO3、CaCu3Ti4O12的物相。对复合膜层的剪切强度及其发射率进行了探讨,发现复合膜层与基体之间的结合强度都比较高,而且与陶瓷膜层剪切强度相近。复合膜层的发射率相比陶瓷膜层的发射率有了明显的提高,其中含过渡金属Cr的复合膜层3-8μm波段的发射率达到0.7以上,8-20μm波段的发射率达到0.9以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 高发射率辐射材料的应用及研究概况
• 1.2.1 红外辐射基本概念
• 1.2.2 高发射率材料的研究现状
• 1.2.3 高发射率材料的应用现状
• 1.3 高发射率涂层概况
• 1.3.1 高发射率涂层的研究现状
• 1.3.2 高发射率涂层的制备方法及存在问题
• 1.3.3 高发射率涂层的影响因素
• 1.3.4 提高涂层发射率的途径
• 1.4 微弧氧化技术研究概况
• 1.4.1 微弧氧化技术简介
• 1.4.2 微弧氧化技术的特点及优势
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料及药品
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 微弧氧化装置
• 2.2.2 微弧氧化电源
• 2.2.3 线切割机
• 2.3 试样的制备
• 2.4 膜层的表征分析手段
• 2.4.1 微弧氧化膜层厚度的测试
• 2.4.2 XRD 测试分析
• 2.4.3 扫描电镜（SEM）表面形貌观察
• 2.4.4 膜层的能谱分析
• 2.5 膜层的性能测试分析
• 2.5.1 膜层的剪切强度分析
• 2.5.2 膜层的发射率测试
• 第3章 钛合金微弧氧化膜层的制备及研究
• 3.1 钛合金微弧氧化涂层制备
• 3.2 微弧氧化陶瓷膜层微观组织及表面形貌
• 3.2.1 微弧氧化陶瓷膜层的物相分析
• 3.2.2 微弧氧化陶瓷膜层的表面形貌分析
• 3.3 微弧氧化陶瓷膜层性能分析
• 3.3.1 微弧氧化陶瓷膜层的结合强度
• 3.3.2 微弧氧化陶瓷膜层的发射率测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 复合膜层的制备及研究
• 4.1 含过渡金属的溶胶及CCTO 溶胶粉体制备及研究
• 4.1.1 溶胶粉体的制备
• 4.1.2 溶胶粉体的物相分析
• 4.1.3 溶胶粉体的红外谱图分析
• 4.2 复合膜层制备方法及分析
• 4.2.1 复合膜层的制备方法
• 4.2.2 复合膜层的物相分析
• 4.2.3 复合膜层的表面形貌
• 4.3 复合膜层的性能分析
• 4.3.1 复合膜层的剪切强度测试
• 4.3.2 红外涂层剪切强度分析
• 4.3.3 复合膜层的发射率测试
• 4.4 红外涂层辐射机理分析
• 4.4.1 影响红外涂层发射率因素的理论分析
• 4.4.2 复合膜层声子辐射机制
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢