空天院：通過微弧氧化技術打造輕合金表面高發(fā)射率熱控涂層
日期：2025年01月08日
熱控涂層是一類用以調節(jié)固體表面光學性能，以實現(xiàn)表面熱平衡的涂層，廣泛應用于航空、航天及其他許多領域。航天器在軌運行時，朝陽面與背陽面之間的溫差可達數(shù)百度，這使得其面臨極為嚴苛的環(huán)境變化。為了確保內(nèi)部設備和儀器的穩(wěn)定運行，熱控系統(tǒng)顯得尤為重要。熱控涂層的發(fā)展水平已經(jīng)成為航天器進一步發(fā)展的制約因素之一。
目前，熱控涂層制備方法有表面噴砂、化學拋光、涂料法以及二次表面鏡等。但是這些方法存在工序復雜、涂層與基體結合力差、成本高等問題。近年來，微弧氧化技術由于工藝簡單、成本低、涂層結合力強以及能適應各種復雜形狀工件加工等特點，已成為在鋁合金、鎂合金等表面制備熱控涂層的有效方法。
河南空天新材料研究院（以下簡稱“空天院”）在輕合金表面微弧氧化制備高發(fā)射率涂層方面進行了大量研究。通過調整涂層的成分和結構，所制備的涂層與基體結合力強。同時，涂層的多組分特性能夠拓寬光的響應范圍，而膜層固有的多孔結構則有利于提高涂層的比表面積。這都將有利于確保航天器部件及材料在太空環(huán)境中的長效穩(wěn)定運行。
微弧氧化熱控涂層的宏觀與微觀
鎂合金熱控表面處理技術
鎂合金作為一種新型的輕質金屬結構材料，其密度比鋁合金更低，并且具有良好的減震性能及電磁屏蔽性，是航天器實現(xiàn)結構輕量化的理想材料。目前，鎂合金材料已經(jīng)開始應用于空間飛行器中電子產(chǎn)品機箱、天線、結構與機構以及武器裝備的單兵作戰(zhàn)領域，但鎂合金材料化學性質活潑，容易腐蝕，因此必須進行表面處理，以滿足航空航天應用中對熱控和防腐的嚴格要求。
通過調整微弧氧化工藝，空天院成功制備出了高發(fā)射率（εH=0.89）的鎂合金微弧氧化涂層。（已成功通過中國航天科技集團有限公司xx院所熱輻射性能測試，涂層半球發(fā)射率測試結果較優(yōu)。）該涂層外觀呈均勻黑色，具有較好的發(fā)射率，與基體結合牢固，并且具有良好的腐蝕防護效果，能夠滿足航空航天領域的使用需求。
鋁合金熱控表面處理技術
憑借低密度、高熱導以及易成型等優(yōu)良特性，鋁合金成為航天器研制過程中應用最多的一種輕質合金材料，廣泛應用于航天器結構機構、天線、供配電等分系統(tǒng)。然而，鋁合金的表面發(fā)射率較低，輻射散熱性能差。傳統(tǒng)的改善熱輻射性能的方法主要依賴于有機粘結劑與填料的混合涂覆，但這一方法存在熱穩(wěn)定性差、界面熱阻大以及易老化等缺點。
空天院通過調整微弧氧化電解液配方和優(yōu)化加工電參數(shù)，成功制備了高發(fā)射率鋁合金微弧氧化涂層，其發(fā)射率可達εH=0.86。該技術具有加工效率高、工藝穩(wěn)定和適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)勢。所制備的微弧氧化涂層外觀均勻為黑色，不僅發(fā)射率高、熱穩(wěn)定性好，而且與基體結合良好，能夠有效滿足航天器零部件表面的散熱需求。（已成功通過中國航天科技集團有限公司xx院所熱輻射性能測試，涂層半球發(fā)射率測試結果較優(yōu)。）
全流程工藝、全系列產(chǎn)品為航空航天減重
隨著航天技術的飛速發(fā)展，航天產(chǎn)品在熱控制的范圍和精度要求上也不斷提升，熱控涂層技術逐漸成為航天事業(yè)中不可或缺的重要一環(huán)。
空天院表面處理技術的不斷創(chuàng)新，為熱控涂層的創(chuàng)新與發(fā)展注入了新的活力。展望未來，隨著科技的持續(xù)進步，熱控涂層技術必將迎來更加輝煌的成就，推動航天事業(yè)不斷邁向新的高峰，持續(xù)為中國航空航天事業(yè)助力。
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