[发明专利]Ti2AlNb合金表面高发射率微弧氧化陶瓷涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高发射率微弧氧化陶瓷涂层材料的制备方法。

背景技术

高发射率涂层被广泛应用于热防护系统和各种高温炉的节能部件。大量的理论和实验研究致力于发展高发射率的涂层材料。目前，各种表面改性技术已经用以在合金表面制备热防护陶瓷涂层，例如磁控溅射、电子束物理气相沉积、化学气相成绩、等离子喷涂等。然而，这些传统工艺制备的陶瓷涂层工艺过程复杂、成本高并且膜基结合强度弱。

发源于传统阳极氧化的微弧氧化(MAO，Microarc oxidation)工艺，是在金属或合金表面原位生长形成陶瓷涂层，具有工艺成本低，产率高，硬度高，膜基结合强，环境友好等优点。作为一种多参数控制工艺，MAO技术可实现对陶瓷涂层化学组成和显微结构的设计，从而广泛的应用到各种工业领域。众所周知，大多极性氧化物都具有强效光子发射，因此引入高发射率氧化物可提高涂层的热辐射性能。MAO法通过微弧放电实现Ti₂AlNb合金基体表面与电解液之间的化学反应形成陶瓷涂层，故而有望通过微弧氧化法在Ti₂AlNb合金表面制备复杂氧化物陶瓷涂层，改善合金基体的高温发射率并提高其红外辐射性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有Ti₂AlNb合金表面高温发射率低，传统热辐射涂层制备工艺复杂、成本高、膜基结合强度弱的技术问题，提供一种Ti₂AlNb合金表面高发射率微弧氧化陶瓷涂层材料的制备方法。

Ti₂AlNb合金表面高发射率微弧氧化陶瓷涂层材料的制备方法如下：

一、将Ti₂AlNb合金线切割为Φ30×3mm的试样，然后将试样的表面分别采用240#、400#、800#和1500#的SiC砂纸磨平，再用绒布抛光，然后在丙酮中超声清洗5～60min，再在无水乙醇中超声清洗5～30min，最后在空气中干燥；

二、将Na₂SiO₃溶于去离子水中搅拌至完全溶解，然后再加入添加剂及络合剂，得到电解液，电解液中Na₂SiO₃的浓度为5～50g/L，添加剂的浓度为0～40g/L，络合剂的浓度为0～50g/L；

三、将经过步骤一处理的Ti₂AlNb合金试样作为阳极，不锈钢作为阴极，在电压为300～700V、频率为200～800Hz、占空比为2～20%、电解液温度为20～100℃的条件下，微弧放电5～50min，得到陶瓷涂层试样，再将陶瓷涂层试样在去离子水中超声清洗5～30min，在空气中干燥，即得高发射率微弧氧化陶瓷涂层。

步骤二中所述的添加剂是NH₄VO₃、纳米SiC粉末或微米Cr₂O₃粉末。

步骤二中所述的络合剂是十二烷苯磺酸钠。

本发明具有以下优点：

(1)本工艺方法比传统涂料方法制备工艺简单，高效节能，性能稳定；

(2)微弧氧化是多参数控制工艺，可以通过电解液组分设计实现对涂层物相组成及显微结构的控制，从而影响Ti₂AlNb合金表面涂层的红外辐射性能；

(3)本发明中的添加剂不仅影响涂层的显微结构(表面粗糙度、涂层厚度、结构致密度)，而且直接进入涂层内部参与涂层生长；

(4)添加剂显著提高了高发射率微弧氧化陶瓷涂层在宽温域(200～1000℃)不同波段(3～10μm，10～20μm)下的红外发射率，有利于提高Ti₂AlNb合金基体的高温热辐射性能，从而实现对Ti₂AlNb合金基体的热防护。

附图说明