钛合金表面高发射率膜层的微弧氧化制备及面积效应研究

摘要

由于飞行器在高速飞行时外蒙皮会与大气之间产生强烈的摩擦,导致外蒙皮表面温度急剧升高,对飞行器的正常飞行造成了重大影响,而在金属表面制备高发射率膜层不但可以提高金属的抗氧化能力,更能将热量尽可能多的向外辐射出去,已达到热防护的目的。
　　本文选择磷酸盐作为主盐的电解液体系,在钛合金TC4表面通过微弧氧化法直接制备具有一定发射率的膜层。为提高膜层发射率,实验分别在磷酸盐电解液中分别加入少量铝酸盐和铬酸盐,并考察这两种组分的添加对于膜层形貌、物相、发射率的影响,同时实验还采用溶胶凝胶法在已制备好的微弧氧化膜层表面涂覆多氧化物组分溶胶,经烧结后形成具有高发射率的复合膜层。考虑到在实际应用中,我们需要在大面积钛合金表面制备高发射率膜层,而在工艺参数确定的条件下,样件面积的变化会导致膜层性能变化,因此实验对膜层制备中的面积效应进行了研究,希望实验结果能对大样片面积下膜层的制备提供借鉴。
　　实验结果表明,在单纯电解液中制得的微弧氧化膜层厚度和粗糙度都随工作电压的提高而增大,同时膜层的发射率随着膜层表面粗糙度的增加而增加。与单纯磷酸盐体系所制得的微弧氧化膜层相比,添加铝酸盐和铬酸盐后制得的微弧氧化膜层以及涂覆溶胶之后的复合膜层发射率均有显著提高,剪切强度均大于15MPa,其中涂覆溶胶后复合膜层在700℃下3~8μm波段发发射率0.7,8~20μm波段膜层发射率最大处可达0.9,全波段平均发射率可达0.85。对膜层制备过程中的面积效应结果表明,随着样片面积的增大,膜层厚度及粗糙度不断减小,电源参数是非线性增大,恒流放大工艺所得到的膜层厚度均匀性要好于恒压放大工艺,而且在相同条件下,膜层厚度的不均匀性在样片面积较大时体现得更为明显。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 红外辐射基本概念

1.3 高发射率材料应用及研究状况

1.4 微弧氧化技术及尺寸效应概述

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 实验设备及工艺

2.3 膜层的表征手段

2.4 膜层的性能分析测试

第3章 钛合金微弧氧化高发射率膜层制备

3.1 引言

3.2 微弧氧化膜层制备及主盐体系选择

3.3 磷酸盐主盐体系中高发射率膜层制备

3.4 磷酸盐主盐体系形成膜层热辐射性能分析

3.6 溶胶凝胶法高发射率膜层性能分析

3.7 本章小结

第4章 微弧氧化膜层制备中面积效应研究

4.1 引言

4.2 恒压放大中膜层面积效应研究

4.3 恒电流密度放大中膜层面积效应研究

4.4 恒功率放大中膜层面积效应研究

4.5 不同放大工艺下膜层均匀性

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致谢