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镁锂合金微弧氧化涂层制备及热控性能研究

夏琦兴  
【摘要】:为了适应空间飞行器的轻量化和热防护需求,提高镁锂合金在空间领域的应用范围,本文采用微弧氧化法(MAO)在镁锂合金表面制备了低吸收率高发射率的热控涂层,利用粗糙度仪、厚度仪、SEM、XRD、XPS和EDS等方法对涂层的结构组成进行表征,测试热控性能,分析了涂层结构组成与热控性能的关系。通过发射光谱(OES)技术分析MAO火花放电过程,探索了电击穿火花放电机理及其对涂层结构组成及生长过程的影响。硅酸盐体系获得的涂层具有典型的多孔结构,主要组成是Mg O和Mg2Si O4。延长反应时间、提高电流密度和增大电解液浓度,能够提高涂层的厚度和粗糙度。Mg-4Li涂层表面倾向于形成颗粒聚集体结构而Mg-9Li涂层倾向于形成突起结构。相对基体,MAO涂层显著降低吸收率和提高发射率。延长反应时间、提高电流密度和增大电解液浓度,均能够有效降低吸收率提高发射率,改善MAO涂层的热控性能。磷酸盐体系获得的热控涂层表面孔洞更大、数量更少。低频下涂层由晶相Mg3(PO4)2和Mg O组成,而高频下涂层由晶相Mg O和非晶相Mg3(PO4)2组成。降低电流密度和延长反应时间,可以使涂层表面完整、增加涂层厚度,提高涂层的热控性能。提高电解液浓度,Mg-4Li涂层热控性能升高,而Mg-9Li涂层的热控性能降低。硅酸盐体系下MAO放电发射光谱主要对应Na、Li和Mg等元素。光谱计算表明MAO火花放电的电子浓度(Ne)在2.689×1016/cm3左右,电子浓度与MAO击穿电流对应,在电解液体系及基体材料一定的条件下,电参数对电子浓度影响不大。离子温度(Te)与涂层生长电流对应,随电源输出能量的增多,离子温度逐渐升高,涂层生长速度加快。磷酸盐体系下MAO放电光谱主要为Na和Li元素的放电。该体系下单脉冲能量强度使得高频和低频下Te差距较大,在液淬作用下导致涂层中不同晶型的物相形成和涂层微观结构的变化。


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