本發(fā)明涉及熱控材料表面處理，特別涉及一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熱控涂層主要是通過改變物體表面的太陽吸收率和紅外發(fā)射率兩項參數(shù)對涂層表面溫度進(jìn)行控制，是航天器熱控系統(tǒng)中使用最普遍的熱控材料之一。當(dāng)航天器運(yùn)行至遠(yuǎn)日點時，外部太陽輻射能量降低，熱源主要來自內(nèi)部元件，因此設(shè)備外表面溫度較低，內(nèi)表面溫度較高，導(dǎo)致出現(xiàn)材料外部升溫慢，內(nèi)部降溫慢的問題；當(dāng)航天器運(yùn)行至近日點時，其熱源主要來源于外部空間輻射，因此設(shè)備的外表面溫度較高，因此導(dǎo)致材料外部升溫快，熱控涂層通過航天器的表面熱物理性質(zhì)，使其在輻照熱交換中有效的控制航天器溫度，最終在內(nèi)外部熱交換進(jìn)程中，內(nèi)部設(shè)備、儀器等的工作溫度不超過限定范圍，保證航天器的正常運(yùn)行。

2、目前國內(nèi)航天器使用的熱控涂層分兩類，第一種為無機(jī)涂層如陽極氧化涂層、微弧氧化涂層等，通過氧化層物質(zhì)的特性降低涂層吸收率，但其涂層的吸收率仍然較高，無法滿足新代航天器高穩(wěn)定性的要求。第二種為常用的粘合性白色涂料或有機(jī)涂層，其優(yōu)點是涂層吸收率較低，缺點是存在涂料或有機(jī)涂層與基體結(jié)合力不足，涂層容易老化脫落，無法滿足航天器高壽命的要求。

3、因此，研發(fā)具備超低吸收率、成分穩(wěn)定且與基材結(jié)合力良好的有機(jī)熱控涂層是當(dāng)前熱控材料發(fā)展階段的迫切需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具備超低吸收率、成分穩(wěn)定且與基材結(jié)合力良好的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層及其制備方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，包括微弧氧化涂層形成的底涂層和透明溶膠凝膠涂層形成的面涂層；

3、所述底涂層選擇納米二氧化鋯為涂層填料，二氧化鋯形貌為橢球形、粒徑200～500nm、純度≥99.9％；

4、所述面涂層選擇納米二氧化鈦為涂層填料，二氧化鈦形貌為球形，填料粒徑100～200nm、純度≥99.9％。

5、進(jìn)一步地，所述底涂層厚度為20～30μm，所述面涂層厚度為40～50μm。

6、本發(fā)明還提供了一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，包括如下步驟：

7、采用微弧氧化工藝在基材表面形成以納米二氧化鋯為摻雜物的微弧氧化涂層作為底涂層；

8、將納米二氧化鈦粉末分散在油性潤濕分散劑中，然后加入溶膠凝膠溶液，混合得到以納米二氧化鈦為填料的涂料-透明溶膠凝膠溶液；

9、將涂料-透明溶膠凝膠溶液噴涂在基材的底涂層表面，固化得到低吸收率有機(jī)熱控涂層。

10、進(jìn)一步地，二氧化鋯形貌為橢球形、粒徑200～500nm、純度≥99.9％。

11、進(jìn)一步地，二氧化鈦形貌為球形，填料粒徑100～200nm、純度≥99.9％。

12、進(jìn)一步地，底涂層厚度為20～30μm，面涂層厚度為40～50μm。

13、進(jìn)一步地，所述微弧氧化工藝包括：

14、將基材和石墨置于不銹鋼電解槽的電解液中分別與微弧氧化電源陽極和陰極連接，進(jìn)行微弧氧化電解在基材表面制得底涂層。

15、進(jìn)一步地，所述電解液包括偏硅酸鈉40～50g/l，氨水10～20ml/l，氟化鉀2～4g/l，氫氧化鉀4～6g/l，戊己醇30～50ml/l，納米二氧化鋯15～20g/l。

16、進(jìn)一步地，所述微弧氧化工藝的電流密度4～6a/dm2，頻率100～300hz，占空比20～40％，處理時間10～15min，溫度25～35℃，給定電壓上限范圍430v～450v。

17、進(jìn)一步地，所述微弧氧化工藝中，所述不銹鋼電解槽中安裝電控攪拌機(jī)，攪拌速度為350～450r/min，所述不銹鋼電解槽內(nèi)采用間接冷卻，冷卻溫度控制在20～30℃。

18、進(jìn)一步地，所述溶膠凝膠溶液的配置方法包括：

19、在乙醇水溶液中加入3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混勻得到第一溶膠；

20、在無水乙醇中加入乙酰乙酸乙酯，然后加入正硅酸乙酯，加入冰醋酸調(diào)節(jié)ph值，混勻得到第二溶膠；

21、將第二溶膠滴加到第一溶膠中，加入表面活性劑和消泡劑，混勻得到溶膠凝膠溶液。

22、進(jìn)一步地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或琉基苯并噻唑，所述消泡劑為三烷基三聚氰胺、脂肪酸甘油脂、聚合環(huán)氧丙烷中的一種或幾種。

23、進(jìn)一步地，所述基材材料為mg-li、am50或az91。

24、本發(fā)明提供的一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，包括微弧氧化涂層形成的底涂層和透明溶膠凝膠涂層形成的面涂層，由于其透明溶膠凝膠涂層具有高疏水性、粘附性好和高透明度的良好性能，可以同時與微弧氧化涂層形成的底涂層和基底緊密結(jié)合，從而可以解決有機(jī)涂層與基體結(jié)合力不足、涂層容易老化脫落的問題。

25、并且，本發(fā)明提供的一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，底涂層選擇形貌為橢球形、粒徑為200～500nm、純度≥99.9％的納米二氧化鋯為涂層填料，由于納米二氧化鋯顆粒具有較高的帶隙能量，其作為底涂層填料可顯著減少涂層對可見光和近紅外光的吸收。同時，面涂層選擇形貌為球形，粒徑為100～200nm、純度≥99.9％的納米二氧化鈦為涂層填料，由于二氧化鈦納米二氧化鈦顆粒具有較高的反射率和較寬的禁帶寬度，故能有效反射紫外光并有效減少紫外線在涂層內(nèi)部的光程。

26、因此，本發(fā)明提供的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，通過底涂層與面涂層中不同納米填料的協(xié)同作用，能夠顯著提高熱控涂層對太陽光的散射能力和在紫外照射下的穩(wěn)定性，使之能夠滿足當(dāng)下航天器高精度、高穩(wěn)定性、高壽命的設(shè)計要求。

27、同時，本發(fā)明提供的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層制備方法，工藝流程簡單，原料易得，制備條件要求較低，容易制得，成本較低，經(jīng)濟(jì)高效，且制得的低吸收率有機(jī)熱控涂層整體為白色，涂層表面均勻，無裂紋，無氣泡；涂層的吸收率在0.1～0.15，發(fā)射率在0.85～0.9；對涂層進(jìn)行鹽霧測試30天，涂層無腐蝕和脫落現(xiàn)象，具有良好的熱控性能和耐腐蝕性能。

技術(shù)特征：

1.一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，其特征在于，包括微弧氧化涂層形成的底涂層和透明溶膠凝膠涂層形成的面涂層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，其特征在于：所述底涂層厚度為20～30μm，所述面涂層厚度為40～50μm。

3.一種權(quán)利要求1或2任一項所述鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述微弧氧化工藝包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述電解液包括偏硅酸鈉40～50g/l，氨水10～20ml/l，氟化鉀2～4g/l，氫氧化鉀4～6g/l，戊己醇30～50ml/l，納米二氧化鋯15～20g/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述微弧氧化工藝的電流密度4～6a/dm2，頻率100～300hz，占空比20～40％，處理時間10～15min，溫度25～35℃，給定電壓上限范圍430v～450v。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述微弧氧化工藝中，所述不銹鋼電解槽中安裝電控攪拌機(jī)，攪拌速度為350～450r/min，所述不銹鋼電解槽內(nèi)采用間接冷卻，冷卻溫度控制在20～30℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述溶膠凝膠溶液的配置方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或琉基苯并噻唑，所述消泡劑為三烷基三聚氰胺、脂肪酸甘油脂、聚合環(huán)氧丙烷中的一種或幾種。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述基材材料為mg-li、am50或az91。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層，包括微弧氧化涂層形成的底涂層和透明溶膠凝膠涂層形成的面涂層；所述底涂層選擇納米二氧化鋯為涂層填料，二氧化鋯形貌為橢球形、粒徑200～500nm、純度≥99.9％；所述面涂層選擇納米二氧化鈦為涂層填料，二氧化鈦形貌為球形，填料粒徑100～200nm、純度≥99.9％。本發(fā)明還提供了一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層制備方法。本發(fā)明提供的一種鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層制備方法，制備的鎂合金低吸收率有機(jī)熱控涂層具備超低吸收率、成分穩(wěn)定且與基材的結(jié)合力良好。

技術(shù)研發(fā)人員：盧小鵬,呂汶澤,王福會
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21