2A12、TC4微观组织及表面状态对红外发射率的影响研究

论文摘要

本文研究了TC4钛合金和2A12铝合金两种典型航空材料不同状态下的红外辐射特性,以期为飞行器红外辐射特性计算、红外及多波段兼容隐身涂层的制备提供一定的参考依据。首先确定了反射率法测量红外发射率的测试方法,探讨了试样材料类型、试样形态、试样表面状态等因素对发射率测试结果的影响,并设计了测试仪附件以提高发射率测量的精度。为了研究两种材料在实际工程应用中的红外发射率变化规律,模拟了两种典型航空金属材料的不同组织状态及表面状态,并测试其不同状态下的红外发射率,以探寻红外发射率的变化规律。采用不同的热处理工艺获得了不同组织,测试了其电阻率和红外发射率,并将红外发射率的测试结果与理论计算结果进行了比较,探讨了不同组织状态对红外发射率的影响规律。研究结果表明:退火态的发射率一般较固溶时效态的发射率低;合金的电阻率越高,其发射率也就越高。分别采用侵蚀和喷沙对抛光试样进行表面处理,以获得不同的粗糙表面。测试结果表明,表面粗糙度越大,其红外发射率也就越大;表面的微观缺陷越多、残余应力越大,其表面的红外发射率也会相应升高。采用不同的热氧化工艺对两种合金进行热处理,以研究热氧化膜对红外发射率影响的规律。结果表明:热氧化温度越高保温时间越长,其红外发射率就越高。采用不同的阳极氧化工艺进行阳极氧化,研究不同阳极氧化膜状态下的红外发射率变化规律。结果表明:阳极氧化的电压越高氧化时间越长,其阳极氧化膜厚度越厚,表面形貌变化越大,并且伴随氧化膜厚度的增加及表面粗糙度的增大,其表面的红外发射率会急剧升高。材料发射率的影响因素有很多,其测试结果是多种因素共同作用的结果,材料的发射率只能是特定状态下的发射率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 红外隐身材料的研究进展
• 1.1.2 红外隐身材料的基本原理
• 1.1.3 航空典型材料红外发射率的研究意义
• 1.2 红外发射率的机理及相关理论
• 1.2.1 红外辐射机理
• 1.2.2 发射率的定义和分类
• 1.2.3 发射率的影响因素
• 1.2.4 发射率的测试方法
• 1.3 红外发射率的理论计算方法
• 1.3.1 光学常数
• 1.3.2 电阻率
• 1.3.3 宏观粗糙表面散射率法（单次散射）
• 1.3.4 宏观粗糙表面的理想镜面参照法（多次散射）
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 反射率法测量红外发射率的测试方法研究
• 2.1 测试原理及方法
• 2.1.1 测试原理
• 2.1.2 测试仪的结构及原理
• 2.2 金属材料测试方法
• 2.2.1 金属块材
• 2.2.2 金属粉体
• 2.3 非金属材料测试方法
• 2.3.1 非金属块材
• 2.3.2 非金属粉体
• 2.4 测试仪附件设计
• 2.4.1 附件的结构介绍
• 2.4.2 附件的功能
• 2.5 本章小结
• 第三章 2A12 铝合金的红外发射率研究
• 3.1 试样制备及实验过程
• 3.1.1 原料及仪器
• 3.1.2 不同组织状态（机械抛光）
• 3.1.3 浸蚀、喷沙处理
• 3.1.4 热氧化
• 3.1.5 阳极氧化
• 3.2 试样表征及分析
• 3.2.1 不同组织状态（机械抛光）
• 3.2.2 浸蚀、喷沙处理
• 3.2.3 热氧化
• 3.2.4 阳极氧化
• 3.3 红外发射率结果与讨论
• 3.3.1 不同组织状态（机械抛光）
• 3.3.2 浸蚀、喷沙处理
• 3.3.3 热氧化
• 3.3.4 阳极氧化
• 3.4 本章小结
• 第四章 TC4 钛合金的红外发射率研究
• 4.1 试样制备及实验过程
• 4.1.1 原料及仪器
• 4.1.2 不同组织状态（机械抛光）
• 4.1.3 浸蚀、喷沙处理
• 4.1.4 热氧化
• 4.1.5 阳极氧化
• 4.2 试样表征及分析
• 4.2.1 不同组织状态（机械抛光）
• 4.2.2 浸蚀、喷沙处理
• 4.2.3 热氧化
• 4.2.4 阳极氧化
• 4.3 红外发射率结果与讨论
• 4.3.1 不同组织状态（机械抛光）
• 4.3.2 浸蚀、喷沙处理
• 4.3.3 热氧化
• 4.3.4 阳极氧化
• 4.4 本章小结
• 第五章 航空典型金属材料发射率随温度、波长的变化规律初探
• 5.1 红外发射率计算机模拟
• 5.1.1 光学常数
• 5.1.2 电阻率
• 5.2 发射率随温度的变化规律
• 5.2.1 2A12 铝合金发射率随温度的变化规律
• 5.2.2 TC4 钛合金发射率随温度的变化规律
• 5.2.3 小结
• 5.3 发射率随波长的变化规律
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结及主要结论
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文