镁锂合金具有超轻、高比强度、减震和电磁屏蔽等特性,特别适合应用于航空航天,可显著削减航天器的燃料燃烧以及运输成本。航天器在太空中会经受大幅冷热交替变化,需要在表面制备热控涂层以使其内部维持在目标温度区间。针对此问题,利用等离子体电解氧化(PEO)技术在LA103Z镁锂合金表面制备高吸收率高发射率的黑色陶瓷层。采用硅酸盐为基础电解液,分别在其中添加钒酸盐和CuSO
4为着色添加剂,考察着色盐对PEO涂层热控及耐腐蚀性能的影响。
(1)研究发现,添加CuSO4的PEO涂层主要由MgO和Mg
2SiO
4相组成。涂层表面为典型的多孔结构,随着CuSO
4浓度的增加,涂层颜色由银灰色逐渐转变为红褐色,进而转变为深黑色。涂层的粗糙度和厚度呈上升趋势。PEO涂层主要由Mg、O、Si、Na、Cu元素组成,且Cu元素含量随CuSO
4浓度的增加而增大。XPS结果表明,Cu主要是以一价和二价铜离子的形式存在于涂层中,结合XRD和XPS结果可以推断,非晶的氧化亚铜和氧化铜是涂层的主要显色成分。当CuSO
4浓度为1.25g/L,反应时间为20min时,涂层的吸收率和发射率高达0.82和0.91。
(2)以NH
4VO
3为着色剂制备的热控涂层主要由MgO相组成。涂层主要由O、Mg、P、Na、Si、V等元素组成,且V元素含量随着NH
4VO
3浓度的增大而增大。XPS结果表明,涂层的主要发色成分为VO
2、V
2O
3、V
2O
5。延长反应时间和增加NH
4VO
3浓度,可提高涂层的粗糙度、厚度、吸收率及发射率。当电流密度过大时(6.26A/dm
2),涂层表面形貌发生较大变化,对其热控性能不利。当NH
4VO
3浓度为10g/L时,涂层的吸收率和发射率高达0.95和0.93。该涂层表现为比添加铜盐更好的热控性能。另外,涂层具有良好的膜基结合力和热稳定性,经抗高温处理前后涂层的表面形貌、吸收率及发射率值无明显差异,经25次热震处理后,涂层开始从边缘脱落。
(3)耐腐蚀实验结果表明,以上两种涂层在腐蚀过程中均具有高于基体的腐蚀电位(
Ecorr)。适当增加着色盐的浓度对涂层的耐腐蚀性能有利。当铜盐浓度为1.25g/L时,涂层的腐蚀电流(
Icorr)降低了两个数量级,为4.13×10
-7Acm
2
,极化电阻(
Rp)高达7.62X10
4Ω∙cm2

。当钒盐的浓度为10g/L时,涂层的
Icorr为1.805×10
-7 Acm
2
,
Rp值为基体的450倍。该涂层表现为比添加铜盐更好的耐腐蚀性能。
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