空天院：通過微弧氧化技術(shù)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(diào)節(jié)固體表面光學(xué)性能，以實現(xiàn)表面熱平衡的涂層，廣泛應(yīng)用于航空、航天及其他許多領(lǐng)域。航天器在軌運行時，朝陽面與背陽面之間的溫差可達(dá)數(shù)百度，這使得其面臨極為嚴(yán)苛的環(huán)境變化。為了確保內(nèi)部設(shè)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(xué)拋光、涂料法以及二次表面鏡等。但是這些方法存在工序復(fù)雜、涂層與基體結(jié)合力差、成本高等問題。近年來，微弧氧化技術(shù)由于工藝簡單、成本低、涂層結(jié)合力強以及能適應(yīng)各種復(fù)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(diào)整涂層的成分和結(jié)構(gòu)，所制備的涂層與基體結(jié)合力強。同時，涂層的多組分特性能夠拓寬光的響應(yīng)范圍，而膜層固有的多孔結(jié)構(gòu)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(shù)
鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)輕量化的理想材料。目前，鎂合金材料已經(jīng)開始應(yīng)用于空間飛行器中電子產(chǎn)品機箱、天線、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)以及武器裝備的單兵作戰(zhàn)領(lǐng)域，但鎂合金材料化學(xué)性質(zhì)活潑，容易腐蝕，因此必須進行表面處理，以滿足航空航天應(yīng)用中對熱控和防腐的嚴(yán)格要求。
通過調(diào)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(jié)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(jié)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(lǐng)域的使用需求。
鋁合金熱控表面處理技術(shù)
憑借低密度、高熱導(dǎo)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(yīng)用最多的一種輕質(zhì)合金材料，廣泛應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)機構(gòu)、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(jié)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(diào)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(dá)εH=0.86。該技術(shù)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(jié)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(jié)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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。
公司可提供從熔鑄（鑄錠、鑄件）--（軋制、鍛造、擠壓、拉拔）--熱處理--機加--焊接--表面處理的全系列輕合金板、帶、箔、管、棒、型、線、絲、真空鑄件、鍛件或零件，從設(shè)計圖紙到零件交付的全流程服務(wù)。
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