铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层及其制备方法。

背景技术

随着我国海南发射场投入运行，海洋性强腐蚀气候环境对宇航装备的长期稳定服役造成了严重威胁。铝合金具有良好的比强度、比刚度，高、低温力学性能优异，在航空航天装备中具有广泛的应用，然而该类合金化学性质较为活泼，在海洋性气候环境下长期服役频发出现腐蚀问题，进而对相关装备的可靠性造成严重影响。表面涂层防护是提高铝合金耐腐蚀性能的一种有效方式，发展具有长寿命的、高耐腐蚀性能的铝合金腐蚀防护涂层的需求迫切。

宇航装备在轨飞行期间受太阳光强烈的辐照，表面升温可达200℃以上。此外随着飞行器载荷功率的不断提高，大功率载荷设备工作时会产生大量的废热，进一步加剧了飞行器内外表面温度，严重影响了飞行器的在轨正常运行。铝合金本身吸收率、发射率较低、散热性能差，通过涂层的方法，在载荷表面涂覆具有低吸收高发射特性的热控涂层，可显著降低装备对太阳辐照的吸收，同时还可将航天器自身废热有效的向太空排散，对于飞行器长期稳定在轨服役具有重要价值。然而，相关涂层普遍存在耐腐蚀性能差的问题。

因此，为解决宇航装备铝合金产品表面耐腐蚀性能差、热辐射性能差的问题，满足飞行器在海洋性气候环境及外太空长寿命高可靠服役需求，亟需发展具有长效防腐功能的低吸收高发射热控涂层技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种适用于铝合金具有长效防腐功能的低吸收高发射热控涂层。

为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的制备方法，包括：

S1，将前处理后的铝合金作为阳极置于氧化槽中，以铅板作为阴极，以磷酸溶液作为反应溶液，采用5～20V电压进行供电，对所述前处理后的铝合金进行氧化反应，其中，反应时间为10～40min；

S2，将表面改性剂涂覆在步骤S1处理后的铝合金表面，待所述表面改性剂固化后得到所述铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层，其中，所述表面改性剂包括硅溶胶以及金属盐，所述硅溶胶的粒径范围为10～40nm，所述硅溶胶的浓度为1～10wt％，所述金属盐的浓度为0.1～5wt％，所述金属盐包括硫酸锌，硝酸银，磷酸镁中的至少一种。

其进一步的技术方案为，步骤S1中，所述磷酸溶液的浓度为60～150g/L；所述磷酸溶液的温度为10～40℃。

其进一步的技术方案为，所述对所述前处理后的铝合金进行氧化反应之后，步骤S1还包括：

将氧化反应后的铝合金从氧化槽中取出，用纯水清洁干净，并干燥。干燥可采用自然晾干或压缩空气吹干。

其进一步的技术方案为，步骤S2包括：

将所述表面改性剂涂覆在步骤S2处理后的铝合金表面，经50～100℃保温20～50h使所述表面改性剂固化。

其进一步的技术方案为，涂覆的方式包括喷涂以及刷涂中的至少一种；涂覆的次数为3～8次。

其进一步的技术方案为，步骤S1之前，所述方法还包括：

使用有机溶剂擦拭铝合金的表面，去除铝合金的表面的油污并干燥；

将铝合金浸入60～80℃氢氧化钠溶液中10～60s，取出后采用纯水清洗干净并干燥，随后置于硝酸溶液中反应至铝合金的表面的浮膜去除干净为止，取出铝合金并用纯水清洁干净并干燥，得到所述前处理后的铝合金。

有机溶剂可具体为汽油以及乙醇等。干燥可采用自然晾干或压缩空气吹干。

其进一步的技术方案为，所述氢氧化钠溶液的温度为60～80℃，所述氢氧化钠溶液的浓度为10～60g/L。

其进一步的技术方案为，所述硝酸溶液的温度为20～30℃，所述硝酸溶液的浓度为200～400g/L。

其进一步的技术方案为，所述铝合金的牌号包括2A12、6061以及7050等。

第二方面，本发明提供一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层，所述铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层由第一方面所述的方法制备得到。

与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

(1)本发明利用磷酸阳极氧化与溶胶凝胶复合涂层技术在铝合金表面制备了具有长效防腐功能以及低吸收高发射热辐射特性的热控涂层，解决了海洋性强腐蚀气候环境下铝合金耐腐蚀性能较差难以满足长寿命高可靠服役要求的问题；同时涂层具有低吸收高发射热辐射特性，能够很好的解决空间飞行器功率不断提高所导致的废热排散难题，该技术在宇航长寿命、高可靠性制造方面具有重要的应用价值。

(2)本发明制备的铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层，涂层厚度达到20～100μm，与铝合金基材的结合力1级，涂层太阳吸收率0.22～0.30，红外发射率0.75～0.85，耐盐雾性能≥1600h，耐湿热性能≥2000h，经-196℃～+100℃热循环100次不发生损伤和脱落。

具体实施方式

下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

实施例1：

本实施例提供一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：

(1)前处理

使用汽油擦拭铝合金表面，清除油污，并干燥。铝合金的牌号为2A12。

采用化学方法进行二次除油，将铝合金浸入60℃氢氧化钠溶液中20s，取出后纯水清洗干净，置于硝酸溶液中室温(25℃)反应至铝合金表面的浮膜去净为止，随后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用氢氧化钠溶液浓度30g/L，所用硝酸浓度300g/L。

(2)磷酸阳极氧化

将前处理后的铝合金置于氧化槽中，铝合金材料作为阳极，铅板作为阴极，以磷酸溶液作为反应溶液。采用10V电压进行供电，反应时间20min，反应结束后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用磷酸溶液的浓度100g/L，磷酸溶液的温度为30℃。

(3)表面涂覆

以硅溶胶和金属盐为原料制备防腐/热控增强型表面改性剂，涂覆于磷酸阳极氧化处理后的铝合金表面，喷涂5遍，经60℃保温50h使膜层固化，得到在铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层。所用硅溶胶SiO

经过测试，本实施例制备得到的铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的厚度为80μm，结合力1级，太阳吸收率为0.24，红外发射率为0.82，耐盐雾性能≥1700h，耐湿热性能≥2100h，经-196℃～+100℃的100次热循环后不发生损伤和脱落。

实施例2：

本实施例提供一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：

(1)前处理

使用乙醇擦拭铝合金表面，清除油污，并干燥。铝合金的牌号为6061。

采用化学方法进行二次除油，将铝合金浸入60℃氢氧化钠溶液中20s，取出后纯水清洗干净，置于硝酸溶液中室温(25℃)反应至材料表面浮膜去净为止，随后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用氢氧化钠溶液浓度35g/L，所用硝酸浓度320g/L。

(2)磷酸阳极氧化

将前处理后的铝合金置于氧化槽中，铝合金材料作为阳极，铅板作为阴极，以磷酸溶液作为反应溶液。采用12V电压进行供电，反应时间25min，反应结束后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用磷酸溶液的浓度为90g/L，磷酸溶液的温度为35℃。

(3)表面涂覆

以硅溶胶和金属盐为原料制备防腐/热控增强型表面改性剂，涂覆于磷酸阳极氧化处理后的铝合金表面，喷涂5遍，经60℃保温50h使膜层固化，得到在铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层。所用硅溶胶SiO

经过测试，本实施例制备得到的铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的厚度为60μm，结合力1级，涂层太阳吸收率为0.25，红外发射率为0.80，耐盐雾性能≥2000h，耐湿热性能≥2500h，经-196℃～+100℃的100次热循环后不发生损伤和脱落。

实施例3：

本实施例提供一种铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的制备方法，具体是按照以下步骤制备的：

(1)前处理

使用汽油擦拭铝合金表面，清除油污，并干燥。铝合金的牌号为7050。

采用化学方法进行二次除油，将铝合金浸入75℃氢氧化钠溶液中20s，取出后纯水清洗干净，置于硝酸溶液中室温(25℃)反应至材料表面浮膜去净为止，随后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用氢氧化钠溶液浓度50g/L，所用硝酸浓度350g/L。

(2)磷酸阳极氧化

将前处理后的铝合金置于氧化槽中，铝合金材料作为阳极，铅板作为阴极，以磷酸溶液作为反应溶液。采用12V电压进行供电，反应时间25min，反应结束后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用磷酸溶液的浓度100g/L，所用磷酸溶液的温度为35℃。

(3)表面涂覆

以硅溶胶和金属盐为原料制备防腐/热控增强型表面改性剂，涂覆于磷酸阳极氧化处理后的铝合金表面，喷涂5遍，经60℃保温50h使膜层固化，得到在2A12铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层。所用硅溶胶SiO

经过测试，本实施例制备得到的铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的厚度为75μm，结合力1级，涂层太阳吸收率为0.25，红外发射率为0.82，耐盐雾性能≥1750h，耐湿热性能≥2200h，经-196℃～+100℃的100次热循环后不发生损伤和脱落。

对比例1：

以2A12铝合金为基材，按照以下步骤制备对比例涂层：

(1)前处理

使用汽油擦拭铝合金表面，清除油污，并干燥。铝合金的牌号为2A12。

采用化学方法进行二次除油，将铝合金浸入60℃氢氧化钠溶液中20s，取出后纯水清洗干净，置于硝酸溶液中室温(25℃)反应至铝合金表面的浮膜去净为止，随后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用氢氧化钠溶液浓度30g/L，所用硝酸浓度300g/L。

(2)磷酸阳极氧化

将前处理后的铝合金置于氧化槽中，铝合金材料作为阳极，铅板作为阴极，以磷酸溶液作为反应溶液。采用25V电压进行供电，反应时间10min，反应结束后取出铝合金并用纯水清洁干净，并干燥。所用磷酸溶液的浓度100g/L，磷酸溶液的温度为30℃。

(3)表面涂覆

以硅溶胶为原料制备表面改性剂，涂覆于磷酸阳极氧化处理后的铝合金表面，喷涂5遍，经60℃保温50h使膜层固化，在铝合金表面得到涂层。所用硅溶胶SiO

经过测试，本实施例制备得到的铝合金表面长效防腐低吸收高发射热控涂层的厚度为75μm，结合力1级，太阳吸收率为0.38，红外发射率为0.72，耐盐雾性能≥1500h，耐湿热性能≥1700h，经-196℃～+100℃的100次热循环后不发生损伤和脱落。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。