黑漆熱控涂層涂裝工藝研究

1、黑漆熱控涂層涂裝工藝研究周斌 張立功 王兵存 馬剛摘要 針對高吸收高發(fā)射黑漆熱控涂層在的應用需求，開展了相應的涂裝工藝研究，采用正交試驗法確定了黑漆的最佳噴涂工藝參數，研究了底材前處理工藝、表面活化時間對涂層附著力的影響，同時還研究了涂層厚度與熱輻射性能的匹配關系，形成一套較為完整的、可應用于實際生產的涂裝工藝方法。關鍵詞 黑漆，熱控涂層，涂裝引言 黑漆熱控涂層是一種具有優(yōu)異耐空間環(huán)境性能的有機熱控黑漆，其標稱太陽吸收比S為0.98±0.02，半球發(fā)射率H為0.91±0.031，既可作為高吸收高發(fā)射熱控涂層使用，亦可作為消雜光涂層應用于光學載荷，提高工作精度。 黑漆熱控涂層

2、為進口產品，在國內尚屬首次應用，沒有成熟的涂裝工藝方法可供借鑒，本文針對該涂層預期應用產品所對應的基材類型，開展了涂裝工藝研究，獲得了合適的、具有工程應用價值的工藝參數范圍，為 黑鎂合金防腐熱控一體化涂層涂裝工藝研究摘要本文針對研制的鎂合金防腐熱控一體化涂層的應用需求，研究相應的涂裝工藝研究，采用正交試驗法確定了鎂合金防腐熱控一體化涂層的涂裝工藝參數，以保證涂層性能，同時還研究了涂層厚度與涂層熱輻射性能的匹配關系，形成一套較為完成的、可應用于實際生產的涂裝工藝方法。關鍵詞鎂合金；防腐熱控一體化涂層；厚度；熱輻射性能隨著航天技術的發(fā)展，航天任務對航天器的減重需求非常迫切，對低密度、高性能結構材料

3、有著強烈的需求。鎂合金是目前最輕的金屬工程材料，密度為1.74g/cm3，僅為鋁的2/3，同時比強度高，導電、導熱性能好，兼有良好的阻尼減震與電磁屏蔽性能，使得鎂合金代替鋁合金成為航天器減重發(fā)展的重大方向。但是，鎂合金具有極高的電化學活性，用于結構件時面臨著嚴重的腐蝕問題，因此，鎂合金構件表面通常涂裝防護涂層，以解決其在使用和儲存過程中的腐蝕問題。然而，單一的防護涂層無法解決航天器對鎂合金構件綜合性能的要求，如構件表面溫度穩(wěn)定性等。因此，具有防腐能力和熱控特性的多功能涂層技術成為鎂合金工程化應用的重要研究方向。針對這一情況，自制了一種具有半球發(fā)射率特性的鎂合金防腐熱控一體化涂層，并對其涂裝工藝

4、開展了試驗研究，以滿足實際生產的需求。1 試驗材料及試片制作1.1 主要材料及設備鎂合金防腐熱控一體化涂層(自制，灰色)、專用底漆、X-10稀釋劑(市售)、無水乙醇、液氮、AZ91D鎂合金試片、W-101型空氣噴槍、烘箱等。1.2 試片制作在鎂合金防腐熱控一體化涂層加入適量X-10稀釋劑，調節(jié)粘度至16s20s，用空氣噴槍將涂料噴涂至試片表面，并固化。其中：（1）采用正交試驗法對噴涂工藝參數進行選擇、優(yōu)化；（2）試片噴漆前進行化學氧化，并在其表面涂裝厚度為50m的專用底漆；（3）涂層的固化方式為烘烤固化，固化條件為60，12h。2 涂層性能測試為了表征鎂合金防腐熱控一體化涂層的性能，從以下6個

5、方面對涂層性能進行測試：（1）涂層半球發(fā)射率H值按GJB2502.3中規(guī)定的半球發(fā)射率測試方法，采用自制的法向發(fā)射率測試儀進行檢測；（2）涂層結合力按GB5210-2006規(guī)定的“拉開法”進行測試；（3）涂層耐沖擊性按照GB1732-1993漆膜耐沖擊測定法規(guī)定的“落錘法”進行測試；（4）涂層耐NaCl溶液浸泡試驗參照按GB9274-1988色漆和清漆耐流體介質的測定規(guī)定的浸泡法進行測試，浸泡時間為168h；（5）涂層的耐中性鹽霧性能按QJ 990.12規(guī)定的試驗條件（3.5%NaCl溶液，40±2）進行試驗，測試周期為168h；（6）涂層的耐濕熱性能按GB 1740規(guī)定的試驗條件測

6、試，測試周期為21d。3試驗結果及分析3.1 鎂合金防腐熱控一體化涂層涂裝工藝研究涂層外觀、涂層厚度和涂層附著力是制約涂層最終性能的關鍵因素，因此，在涂層涂裝過程中需加強上述三個方面的質量控制，以保證產品的質量安全。自制的鎂合金防腐熱控涂層為雙組份涂料，涂層質量控制難度較大，本文研究中擬通過控制噴涂壓力、噴涂距離和單遍噴涂厚度三個噴涂參數來實現對涂層外觀、涂層質量和涂層結合力的控制。（1）噴涂壓力和噴涂距離噴涂參數對于涂層質量和外觀有著非常重要的影響。本研究中，采用噴嘴直徑為1.3mm的噴槍，對不同噴涂氣壓和噴涂距離下的涂層質量進行了比較，達到了優(yōu)化噴涂參數的目的。試驗結果如表1所示。表1 噴

7、涂參數優(yōu)化試驗結果序號噴涂氣壓（MPa）噴涂距離（cm）漆膜外觀10.12530漆料霧化效果差，漆膜不連續(xù)20.13045漆料霧化效果差，漆膜不連續(xù)30.22530較好40.23045較好50.32530較好60.33045好70.42530較好80.43045較好90.52530一般100.53045一般從表1可看出，噴涂氣壓太高或太低時，由于涂料過度霧化和霧化不充分，造成漆膜外觀缺陷，不利于獲得外觀良好的漆膜，而當噴涂氣壓為0.2MPa0.4MPa時，涂料霧化程度適宜，且在25cm45cm的噴涂距離內都能得到較好的漆膜。因此。適用于鎂合金防腐熱控一體化涂層的噴涂參數為：噴涂氣壓：0.2MP

8、a0.4MPa；噴涂距離：25cm45cm。（2）涂層噴涂厚度涂層噴涂厚度是防腐涂層非常重要的一個指標，決定著對涂層的防護效果。本研究采用上述優(yōu)化的噴涂工藝參數，通過試驗對噴涂厚度進行了研究分析，結合涂層結合力、耐沖擊性和NaCl溶液浸泡試驗的測試結果，優(yōu)選出最佳噴涂厚度，在保證涂層防腐效果的基礎上，降低涂層厚度，適應航天器結構減重的需求。表2為不同涂層厚度的試片的性能測試結果。表2 不同涂層厚度的試片性能測試結果序號涂層厚度（m）測試結果涂層附著力（MPa）涂層耐沖擊性（cm）NaCl溶液浸泡（168h）11318350局部破壞227454.950局部破壞340635.850通過460806

9、.250通過578956.046通過6971186.342通過從表2的測試結果可知，隨著涂層厚度的增加，涂層的結合力、耐NaCl溶液浸泡性能都逐漸提高，當涂層達到40m后，上述性能基本穩(wěn)定。此外，隨著涂層厚度的增加，涂層的耐沖擊性能先保持穩(wěn)定，然后逐漸降低，這是因為涂層厚度增加后，內應力也隨之增加，在外部沖擊作用下易因導致涂層開裂。綜合上述試驗結果，當涂層厚度大于40m后，涂層性能已達到實際應用的指標要求；但為了保證涂層質量的穩(wěn)定，避免涂層施工過程的不確定性，可將鎂合金防腐熱控一體化涂層的涂層厚度設定為40m80m。3.3 涂層厚度對涂層熱輻射性能的影響涂層厚度直接影響了涂層的熱輻射性能，一般

10、來說，涂層必須達到一定的厚度才能具備穩(wěn)定的熱輻射性能。為了研究鎂合金防腐熱控一體化涂層在何種厚度下才能穩(wěn)定達到半球發(fā)射率H 0.85的要求，制備了一批不同厚度的試片（底漆厚度為50m），并檢測其半球發(fā)射率。表3為不同涂層厚度下涂層的半球發(fā)射率檢測結果。表3涂層厚度與涂層熱輻射性能試驗結果序號涂層總厚度(m)半球發(fā)射率1580.832720.843800.854930.8551050.8661200.8671300.87從表5的試驗結果，可以看出：隨著涂層厚度的增加，涂層半球發(fā)射率H逐漸增大，當涂層總厚度達到80m時，涂層的半球發(fā)射率H達到0.85，滿足指標要求，隨著涂層厚度的繼續(xù)增加，半球發(fā)射

11、率H變化不明顯，趨于穩(wěn)定（如圖1所示）。因此，鎂合金防腐熱控一體化涂層的涂層厚度不低于80m時，即可保證涂層的半球發(fā)射率高于0.85。綜合考慮涂層的防腐能力和半球發(fā)射率指標，鎂合金防腐熱控一體化涂層的涂層厚度應控制在40m80m范圍內。圖1 鎂合金防腐熱控一體化涂層半球發(fā)射率能隨厚度變化趨勢3.3 涂層防腐蝕性能測試鎂合金防腐熱控一體化涂層的重要指標是涂層經受腐蝕試驗后涂層外觀無變化，且半球發(fā)射率高于0.85。本文研究中，按QJ 990.12和GB 1740規(guī)定的試驗條件進行了中性鹽霧試驗和濕熱試驗，以檢測制備的涂層性能。表4為中性鹽霧試驗和濕熱試驗前后的涂層測試結果（底漆厚度為50m，涂層總

12、厚度為115m）。圖2為鹽霧試驗后和濕熱試驗后的涂層實物照片。表4涂層厚度與涂層熱輻射性能試驗結果序號試驗項目試驗周期檢測項目外觀初始半球發(fā)射率半球發(fā)射率變化值1中性鹽霧試驗168h涂層無起泡、無脫落，色澤無變化0.8702濕熱試驗21d涂層無起泡、無脫落，色澤無變化0.870a）中性鹽霧試驗后b）濕熱試驗后圖2鹽霧試驗后和濕熱試驗后的涂層實物照片從表4和圖2中，可以看出，制備的鎂合金防腐熱控一體化涂層防腐性能優(yōu)良，可通過168h的中性鹽霧試驗和21d的濕熱試驗，且涂層的半球發(fā)射率高于0.85，實現了預期目標。5 結論本文對航天器用鎂合金防腐熱控一體化涂層的涂層體系、配方、均質化工藝等開展了探索和試驗，主要結論如下：（1）鎂合金防腐熱控一體化涂層的最優(yōu)配方為：顏基比為1，絹云母用量為10，功能助劑用量為6。（2）均質化工藝優(yōu)選剪切乳化法；（3）當涂層厚度達到90m后，鎂合金防腐熱控一體化涂層的半球發(fā)射率可達到0.85，且隨涂層厚度的增加，半球發(fā)射率趨于穩(wěn)定。（4）鎂合金防腐熱控一體化涂層可經受168h中性鹽霧試驗和21d的濕熱試驗，且涂層的半球發(fā)射率高于0.85。參考文獻1洪嘯吟.涂料化學M.北京:科學出版社,1997.2管從勝，王威強編氟樹脂涂料及應