钛合金表面微结构的制备及其红外/雷达隐身特性研究

论文摘要

在Ti-6Al-4V合金表面采用微弧氧化技术制备具有一定表面微结构的复合吸波涂层。通过在电解液铝酸钠盐系中分别添加不同浓度的乙酸锌,铁粒子以及两者混合的电解质,得到性能不同的薄膜。用X射线衍射仪分析了膜层的成分组成;涡流测厚仪测量膜层的厚度;并利用非接触式表面形貌仪以及扫描电镜观察了涂层薄膜的表面三维形貌及微观结构;使用IR-2双波段发射率测量仪测试薄膜对8～14μm红外线的发射性质,最后利用矢量网络分析仪测试了薄膜在雷达波段8.2GHz～18GHz内的反射损耗性能。研究结果表明:薄膜主要是由Al2TiO5以及少量金红石型TiO2组成,Zn元素在涂层并没有形成独立的相,而只是固容于其他相中,置换了其他晶格中的粒子;铁粒子通过反应界面粘附在薄膜上。乙酸锌单独做为电解质时,薄膜的红外发射率最高,达到了0.7,当浓度为5g/L的时候,薄膜的雷达波反射损耗达到最大,为-1.22dB,且在频率11.8GHz时的反射损耗可以达到-2.5dB。当铁粒子做为单独电解质的时候,薄膜的平均红外发射率最小,最小值达到0.52,在不同波段,5g/L和6g/L两种浓度制备的薄膜的雷达波反射损耗呈现相反的特性,铁粒子浓度为6g/L时,薄膜在频率8.6GHz时对雷达波的反射损耗最高,达到-2dB。当铁粒子浓度为5g/L的时候,薄膜在17.8GHz波段时候的反射损耗能够达到-2.5dB。当乙酸锌为5g/L,铁粒子浓度为4,5,6g/L时,混合电解质制备的薄膜的红外发射率处于两者之间,值为0.6左右。乙酸锌为5g/L,铁粒子为6g/L的时候,薄膜的雷达波反射损耗较高,在8.7GHz处可以达到-2dB。最后建立了表面微结构对电磁波反射率影响的模型,模拟得知,随着完整周期内凸起结构所占比例的变小,薄膜对电磁波反射率也不断减小,并且当表面微结构一定,薄膜的反射率所呈趋势与实验结果相同。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 涂层隐身吸波材料的分类和发展
• 1.3 红外线隐身涂层
• 1.3.1 红外技术简介
• 1.3.2 红外隐身的机理
• 1.3.3 红外隐身涂层
• 1.4 雷达吸波涂层
• 1.4.1 雷达波的吸收损耗物理指标
• 1.4.2 雷达吸波涂层
• 1.5 红外和雷达的复合吸波涂层
• 1.6 吸波材料的物理模型
• 1.7 微弧氧化技术在复合吸波涂层中的应用
• 1.7.1 微弧氧化的原理及特性
• 1.7.2 微弧氧化在复合吸波涂层中的应用
• 1.8 国内外研究现状和本文的研究意义
• 1.8.1 吸波隐身材料的国内外研究现状
• 1.8.2 本文的研究意义
• 1.9 本文的主要研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 样品的制备
• 2.1.1 样品材料
• 2.1.2 薄膜的制备
• 2.2 薄膜的表征方法
• 2.2.1 薄膜物相组成分析（XRD）
• 2.2.2 表面形貌分析
• 2.3 薄膜的红外发射率的测定
• 2.4 薄膜的雷达波吸收损耗的测定
• 2.4.1 实验测试仪器
• 2.4.2 矢量网络分析仪原理及测试
• 2.5 虚拟平台 Labview 在实验中的应用
• 2.5.1 Labview 简介
• 2.5.2 Labview 在实验中的应用
• 2.6 本章 小结
• 第三章 单独电解质形成的薄膜红外发射和雷达波反射性能测试
• 3.1 在铝酸钠盐系添加单独电解质乙酸锌
• 3.1.1 微弧氧化薄膜的表面表征
• 3.1.2 薄膜的红外发射率的测定
• 3.1.3 薄膜的雷达波吸收能力测试
• 3.2 电解质为铝酸钠和铁粒子
• 3.2.1 微弧氧化薄膜的表面表征
• 3.2.2 薄膜的红外发射率的测定
• 3.2.3 薄膜的雷达波吸收能力测试
• 3.3 本章 小结
• 第四章 混合电解质形成的薄膜红外发射和雷达波反射性能测试
• 4.1 微弧氧化薄膜的表面表征
• 4.1.1 X 射线衍射分析
• 4.1.2 薄膜的三维形貌
• 4.1.3 扫描电镜分析
• 4.2 薄膜的红外发射率的测定
• 4.3 薄膜的雷达波吸波能力测试
• 4.4 实验结果对比
• 4.4.1 红外发射率的比较
• 4.4.2 雷达波反射损耗的比较
• 4.5 本章 小结
• 第五章 复合吸波涂层表面结构模型及吸波作用原理
• 5.1 表面凸起结构在复合吸波涂层中的作用
• 5.2 角锥吸波材料对电磁波反射及吸收原理
• 5.2.1 锥体高度及底座高度
• 5.2.2 锥体的顶角
• 5.3 台阶浮雕凸起结构的反射模型研究
• 5.3.1 一维表面凸起结构分析
• 5.3.2 二维表面凸起结构分析
• 5.3.3 表面凸起结构的反射特性理论分析
• 5.3.4 利用Labview 分析表面结构的反射率
• 5.4 复合吸波涂层
• 5.5 微弧氧化技术在复合吸波涂层中的作用
• 5.6 本章 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学间的研究成果及发表的学术论文