黑漆热控涂层涂装工艺研究

黑漆热控涂层涂装工艺研究

周斌张立功王兵存马刚

摘要针对高吸收高发射黑漆热控涂层在的应用需求，开展了相应的涂装工艺研究，采用正交试验法确定了黑漆的最佳喷涂工艺参数，研究了底材前处理工艺、

表面活化时间对涂层附着力的影响，同时还研究了涂层厚度与热辐射性能的匹配关

系，形成一套较为完整的、可应用于实际生产的涂装工艺方法。

关键词黑漆，热控涂层，涂装

引言

黑漆热控涂层是一种具有优异耐空间环境性能的有机热控黑漆，其标称太阳吸收比αS 为0.98±0.02，半球发射率εH为0.91±0.03[1]，既可作为高吸收高发射热控涂层使用，亦可作为消杂光涂层应用于光学载荷，提高工作精度。黑漆热控涂层为进口产品，在国内尚属首次应用，没有成熟的涂装工艺方法可供借鉴，本文针对该涂层预期应用产品所对应的基材类型，开展了涂装工艺研究，获得了合适的、具有工程应用价值的工艺参数范围，为黑镁合金防腐热控一体化涂层涂装工艺研究

摘要本文针对研制的镁合金防腐热控一体化涂层的应用需求，研究相应的涂装工艺研究，采用正交试验法确定了镁合金防腐热控一体化涂层的涂装工艺参数，以保证涂层性能，同时还研究了涂层厚度与涂层热辐射性能的匹配关系，形成一套较为完成的、可应用于实际生产的涂装工艺方法。

关键词镁合金；防腐热控一体化涂层；厚度；热辐射性能

随着航天技术的发展，航天任务对航天器的减重需求非常迫切，对低密度、高性能结构材料有着强烈的需求。镁合金是目前最轻的金属工程材料，密度为

1.74g/cm3，仅为铝的2/3，同时比强度高，导电、导热性能好，兼有良好的阻尼

减震与电磁屏蔽性能，使得镁合金代替铝合金成为航天器减重发展的重大方向。

但是，镁合金具有极高的电化学活性，用于结构件时面临着严重的腐蚀问题，因此，镁合金构件表面通常涂装防护涂层，以解决其在使用和储存过程中的腐蚀问题。然而，单一的防护涂层无法解决航天器对镁合金构件综合性能的要求，如构

件表面温度稳定性等。因此，具有防腐能力和热控特性的多功能涂层技术成为镁合金工程化应用的重要研究方向。

针对这一情况，自制了一种具有半球发射率特性的镁合金防腐热控一体化涂层，并对其涂装工艺开展了试验研究，以满足实际生产的需求。

1 试验材料及试片制作

1.1 主要材料及设备

镁合金防腐热控一体化涂层(自制，灰色)、、专用底漆、X-10稀释剂(市售)、无水乙醇、液氮、AZ91D镁合金试片、W-101型空气喷枪、烘箱等。

1.2 试片制作

在镁合金防腐热控一体化涂层加入适量X-10稀释剂，调节粘度至16s～20s，用空气喷枪将涂料喷涂至试片表面，并固化。其中：

（1）采用正交试验法对喷涂工艺参数进行选择、优化；

（2）试片喷漆前进行化学氧化，并在其表面涂装厚度为50μm的专用底漆；

（3）涂层的固化方式为烘烤固化，固化条件为60℃，12h。

2 涂层性能测试

为了表征镁合金防腐热控一体化涂层的性能，从以下6个方面对涂层性能进行测试：

（1）涂层半球发射率εH值按GJB2502.3中规定的半球发射率测试方法，采用自制的法向发射率测试仪进行检测；

（2）涂层结合力按GB5210-2006规定的“拉开法”进行测试；

（3）涂层耐冲击性按照GB1732-1993《漆膜耐冲击测定法》规定的“落锤法”进行测试；

（4）涂层耐NaCl溶液浸泡试验参照按GB9274-1988《色漆和清漆耐流体介质的测定》规定的浸泡法进行测试，浸泡时间为168h；

（5）涂层的耐中性盐雾性能按QJ 990.12规定的试验条件（3.5%NaCl溶液，40℃±2℃）进行试验，测试周期为168h；

（6）涂层的耐湿热性能按GB 1740规定的试验条件测试，测试周期为21d。

3试验结果及分析

3.1 镁合金防腐热控一体化涂层涂装工艺研究

涂层外观、涂层厚度和涂层附着力是制约涂层最终性能的关键因素，因此，在涂层涂装过程中需加强上述三个方面的质量控制，以保证产品的质量安全。

自制的镁合金防腐热控涂层为双组份涂料，涂层质量控制难度较大，本文研究中拟通过控制喷涂压力、喷涂距离和单遍喷涂厚度三个喷涂参数来实现对涂层外观、涂层质量和涂层结合力的控制。

（1）喷涂压力和喷涂距离

喷涂参数对于涂层质量和外观有着非常重要的影响。本研究中，采用喷嘴直径为1.3mm的喷枪，对不同喷涂气压和喷涂距离下的涂层质量进行了比较，达到了优化喷涂参数的目的。试验结果如表1所示。

表1 喷涂参数优化试验结果

从表1可看出，喷涂气压太高或太低时，由于涂料过度雾化和雾化不充分，造成漆膜外观缺陷，不利于获得外观良好的漆膜，而当喷涂气压为0.2MPa～0.4MPa时，涂料雾化程度适宜，且在25cm～45cm的喷涂距离内都能得到较好的漆膜。因此。适用于镁合金防腐热控一体化涂层的喷涂参数为：喷涂气压：0.2MPa～0.4MPa；

喷涂距离：25cm～45cm。

（2）涂层喷涂厚度

涂层喷涂厚度是防腐涂层非常重要的一个指标，决定着对涂层的防护效果。本研究采用上述优化的喷涂工艺参数，通过试验对喷涂厚度进行了研究分析，结

合涂层结合力、耐冲击性和NaCl溶液浸泡试验的测试结果，优选出最佳喷涂厚度，在保证涂层防腐效果的基础上，降低涂层厚度，适应航天器结构减重的需求。表2为不同涂层厚度的试片的性能测试结果。

表2 不同涂层厚度的试片性能测试结果

从表2的测试结果可知，随着涂层厚度的增加，涂层的结合力、耐NaCl溶液浸泡性能都逐渐提高，当涂层达到40μm后，上述性能基本稳定。此外，随着涂层厚度的增加，涂层的耐冲击性能先保持稳定，然后逐渐降低，这是因为涂层厚度增加后，内应力也随之增加，在外部冲击作用下易因导致涂层开裂。

综合上述试验结果，当涂层厚度大于40μm后，涂层性能已达到实际应用的指标要求；但为了保证涂层质量的稳定，避免涂层施工过程的不确定性，可将镁合金防腐热控一体化涂层的涂层厚度设定为40μm～80μm。

3.3 涂层厚度对涂层热辐射性能的影响

涂层厚度直接影响了涂层的热辐射性能，一般来说，涂层必须达到一定的厚度才能具备稳定的热辐射性能。为了研究镁合金防腐热控一体化涂层在何种厚度下才能稳定达到半球发射率εH ≥0.85的要求，制备了一批不同厚度的试片（底漆厚度为50μm），并检测其半球发射率。表3为不同涂层厚度下涂层的半球发射率检测结果。

表3涂层厚度与涂层热辐射性能试验结果