本發(fā)明涉及一種鈦合金表面陶瓷膜層的制備方法。

背景技術(shù)：
隨著科技技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)饘俨牧系囊笤絹碓礁?，而鈦合金的比?qiáng)度高，鈦合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn)熱塑性好，可進(jìn)行各種形式的焊接，性能良好，焊接接頭強(qiáng)度和塑性可與基體金屬相等。耐蝕性良好，高溫?zé)岱€(wěn)定性良好，可以做500℃以下長(zhǎng)期工作的結(jié)構(gòu)件，可做各種模鍛件。低溫性能好：間隙元素極低的鈦合金TA7在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金TA7也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料，逐漸成為導(dǎo)彈、航空等制導(dǎo)系統(tǒng)制造的材料。TC4鈦合金，其組成為Ti-6Al-4V，具有比強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率低、成形性好，此外還具有塑性、韌性、耐蝕性和生物相容性好的特點(diǎn)。鈦合金TC4的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得TC4廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括航天、生物、船舶等，對(duì)于軍工業(yè)來說，主要應(yīng)用于制造火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)等的機(jī)體結(jié)構(gòu)。目前的消光涂層主要有有機(jī)涂層、化學(xué)氧化涂層和陽(yáng)極氧化涂層三大類。而傳統(tǒng)的有機(jī)消光涂層的有機(jī)組分易老化、或機(jī)械強(qiáng)度等力學(xué)性能不夠，并且存在與基材結(jié)合不牢，耐候性和耐紫外光性能差等問題；化學(xué)氧化涂層一般厚度小，涂層的機(jī)械力學(xué)性能較差，抗擦傷能力差，并且有的化學(xué)試劑對(duì)環(huán)保也有影響；而陽(yáng)極氧化法所制備的消光涂層一般都是采用酸性電解液體系，對(duì)設(shè)備的要求較高，并且對(duì)環(huán)境有污染，不符合綠色環(huán)保的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有鈦合金表面的涂層存在太陽(yáng)能吸收率低，自身發(fā)射率低，膜層與基體的結(jié)合力不高的問題，而提供一種鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的制備方法。一種鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的制備方法，是按以下步驟完成的：一、鈦合金前處理：依次使用240目水磨砂紙和1000目的水磨砂紙對(duì)鈦合金進(jìn)行打磨處理，得到去除毛刺和氧化層的鈦合金；使用NaOH溶液對(duì)去除毛刺和氧化層的鈦合金的表面進(jìn)行清洗，得到去除油的鈦合金；將去除油的鈦合金浸入到無水乙醇中，再在超聲功率為80W～100W下超聲清洗3min～5min，再使用蒸餾水清洗，最后使用電吹風(fēng)吹干，得到處理后的鈦合金；步驟一中所述的鈦合金為TA7或TC4；步驟一中所述的NaOH溶液由NaOH和蒸餾水混合而成，且所述的NaOH的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為(8g～15g):1L；二、微弧氧化：將處理后的鈦合金置于不銹鋼中的電解液中，處理后的鈦合金與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼電解槽與電源的負(fù)極相連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在恒流0.03A/cm2～0.05A/cm2或恒電壓為300V～500V、電源頻率為50Hz～2000Hz、占空比為10％～45％、電解液的溫度為20℃～40℃和電解液的pH值為10～12.11的條件下反應(yīng)5min～30min，得到鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層；步驟二中所述的電解液由成膜劑和添加劑組成，溶劑為水；所述的成膜劑的濃度為2g/L～10g/L；添加劑的濃度為1g/L～25g/L。本發(fā)明的原理：太陽(yáng)吸收率和發(fā)射率不僅與膜層的組成、微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與膜層的厚度，粗糙度等因素有關(guān)，微弧氧化所制備的膜層具有多孔的特點(diǎn)，膜層的厚度組成都可以人為控制。通過在溶液中添加金屬著色鹽，如鐵鈷鎳，在表面制備多孔的黑色膜層，使膜層有很高的吸收率；隨著表面粗糙度的提高涂層發(fā)射率也呈增大趨勢(shì)，并且保持一定的膜層厚度，有效的摻雜可以顯著提高材料在特定波段的發(fā)射率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：一、本發(fā)明使用微弧氧化法在鈦合金上原位生長(zhǎng)多孔的陶瓷膜層，由于是原位生長(zhǎng)的特點(diǎn)，故膜層與基體的結(jié)合能力很強(qiáng)，克服膜層粘附不牢這一缺點(diǎn)；二、本發(fā)明使用微弧氧化技術(shù)，通過控制電參數(shù)以及電解液的組成來控制不同膜層的生長(zhǎng)，得到高吸收率高發(fā)射率的黑色消光膜層，工藝簡(jiǎn)單，成本較低；三、本發(fā)明制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的厚度為20μm～30μm，膜層的粗糙度為0.5μm～3μm，太陽(yáng)吸收率為0.95～0.98，發(fā)射率為0.93～0.97；四、本發(fā)明制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層在溫度為500℃條件下，保溫3min，再放入到水中冷卻，反復(fù)進(jìn)行熱震實(shí)驗(yàn)100次，涂層不脫落，表明本發(fā)明制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層具有優(yōu)良的結(jié)合力和熱穩(wěn)定性。本發(fā)明一種鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的制備方法。附圖說明圖1為實(shí)施例五制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的SEM圖；圖2為實(shí)施例六制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的SEM圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施方式是一種鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的制備方法是按以下步驟完成的：一、鈦合金前處理：依次使用240目水磨砂紙和1000目的水磨砂紙對(duì)鈦合金進(jìn)行打磨處理，得到去除毛刺和氧化層的鈦合金；使用NaOH溶液對(duì)去除毛刺和氧化層的鈦合金的表面進(jìn)行清洗，得到去除油的鈦合金；將去除油的鈦合金浸入到無水乙醇中，再在超聲功率為80W～100W下超聲清洗3min～5min，再使用蒸餾水清洗，最后使用電吹風(fēng)吹干，得到處理后的鈦合金；步驟一中所述的鈦合金為TA7或TC4；步驟一中所述的NaOH溶液由NaOH和蒸餾水混合而成，且所述的NaOH的質(zhì)量與蒸餾水的體積比為(8g～15g):1L；二、微弧氧化：將處理后的鈦合金置于不銹鋼中的電解液中，處理后的鈦合金TA7與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼電解槽與電源的負(fù)極相連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在恒流0.03A/cm2～0.05A/cm2或恒電壓為300V～500V、電源頻率為50Hz～2000Hz、占空比為10％～45％、電解液的溫度為20℃～40℃和電解液的pH值為10～12.11的條件下反應(yīng)5min～30min，得到鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層；步驟二中所述的電解液由成膜劑和添加劑組成，溶劑為水；所述的成膜劑的濃度為10g/L～35g/L；添加劑的濃度為1g/L～25g/L。本實(shí)施方式的原理：太陽(yáng)吸收率和發(fā)射率不僅與膜層的組成、微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與膜層的厚度，粗糙度等因素有關(guān)，微弧氧化所制備的膜層具有多孔的特點(diǎn)，膜層的厚度組成都可以人為控制。通過在溶液中添加金屬著色鹽，如鐵鈷鎳，在表面制備多孔的黑色膜層，使膜層有很高的吸收率；隨著表面粗糙度的提高涂層發(fā)射率也呈增大趨勢(shì)，并且保持一定的膜層厚度，有效的摻雜可以顯著提高材料在特定波段的發(fā)射率。本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)：一、本實(shí)施方式使用微弧氧化法在鈦合金上原位生長(zhǎng)多孔的陶瓷膜層，由于是原位生長(zhǎng)的特點(diǎn)，故膜層與基體的結(jié)合能力很強(qiáng)，克服膜層粘附不牢這一缺點(diǎn)；二、本實(shí)施方式使用微弧氧化技術(shù)，通過控制電參數(shù)以及電解液的組成來控制不同膜層的生長(zhǎng)，得到高吸收率高發(fā)射率的黑色消光膜層，工藝簡(jiǎn)單，成本較低；三、本實(shí)施方式制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的厚度為20μm～30μm，膜層的粗糙度為0.5μm～3μm，太陽(yáng)吸收率為0.95～0.98，發(fā)射率為0.93～0.97；四、本實(shí)施方式制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層在溫度為500℃條件下，保溫3min，再放入到水中冷卻，反復(fù)進(jìn)行熱震實(shí)驗(yàn)100次，涂層不脫落，表明本發(fā)明制備的鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層具有優(yōu)良的結(jié)合力和熱穩(wěn)定性。本實(shí)施方式一種鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層的制備方法。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟二中所述的成膜劑為磷酸三鈉、偏硅酸鈉、多聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、鎢酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉和偏釩酸銨中的幾種的混合物。其他與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同點(diǎn)是：步驟二中所述的添加劑為硫酸亞鐵、乙酸鎳和乙酸鈷中的一種或其中幾種的混合物。其他步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同點(diǎn)是：步驟二中將處理后的鈦合金置于不銹鋼中的電解液中，處理后的鈦合金與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼電解槽與電源的負(fù)極相連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在恒電壓為350V、電源頻率為500Hz、占空比為30％、電解液的溫度為25℃和電解液的pH值為12的條件下反應(yīng)10min，得到鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層。其他步驟與具體實(shí)施方式一至三相同。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同點(diǎn)是：步驟二中將處理后的鈦合金置于不銹鋼中的電解液中，處理后的鈦合金與電源的正極相連接，作為陽(yáng)極，不銹鋼電解槽與電源的負(fù)極相連接，作為陰極；采用脈沖微弧氧化電源供電，在恒電壓為400V、電源頻率為1000Hz、占空比為30％、電解液的溫度為25℃和電解液的pH值為12的條件下反應(yīng)10min，得到鈦合金表面高太陽(yáng)能吸收率高發(fā)射率黑色消光膜層。其他步驟與具體實(shí)施方式一至四相同。具體實(shí)施方式六：本...