專利名稱:鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料領域，特別涉及一種鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料、其制備方法、其作為空間防護涂層的應用以及帶有該涂層的空間防護材料。
背景技術：
低地球軌道距離地面lOOkm-lOOOkm，是對地觀測衛星、氣象衛星、空間站等航天器的運行區域。該軌道區域的空間環境很惡劣，存在很多破壞航天飛行器的因素，如原子氧對材料表面的腐蝕；空間電子和質子輻射使有機材料性能劣化；宇宙射線導致材料和電子器件的輻射損傷；地球輻射帶對航天器的電干擾等。隨著開發利用空間資源的日益增長，對航天器的設計壽命(30年或更長)和可靠性提出了更高的要求，使得新型具有優異綜合防護材料的研究越來越顯示出重要性和緊迫性。
優異的低地球軌道航天器防護涂層要求具有抗原子氧氧化，抗空間輻射，宇宙射線和紫外線輻射等性能。由于低地球軌道環境的復雜性，單一的防護材料的性能很難滿足多樣的防護要求，多種材料復合而成的復合防護涂層是低地球軌道航天器防護涂層材料發展的必然趨勢。在近地航天器上經常使用鋁合金作為防護材料，鋁在空間原子氧和紫外輻射等因素的作用下形成了氧化鋁層，由于氧化鋁是不與原子氧反應的，從而也就減小了材料的原子氧剝蝕程度，提高了材料的抗原子氧剝蝕性能。然而這種材料的輻射防護性能較差。
在諸多輻射防護材料中，碳化硼以其優異的中子、質子和電子吸收性能和低的二次電子發射率被廣泛應用于各種輻射防護領域。除此之外，碳化硼還具有很好的抗彈能力， 而用于裝甲和防彈領域。但是碳化硼的一個主要缺點是其抗氧化能力不足，在原子氧的作用下，碳化硼會被氧化為氧化硼而失去其優異的防護性能。因此綜上分析可知，由抗原子氧氧化能力極強的鋁和輻射防護性能優異的碳化硼制成的碳化硼/鋁復合涂層將會是一種具有良好空間防護性能的材料。
噴涂法，包括火焰噴涂和等離子噴涂，是一種廣泛使用的表面涂層制備技術，其具有操作簡單，可以大面積涂覆，成本低等優點。但是由于碳化硼具有很高的熔點，即使采用等離子噴涂技術也無法獲得高致密度的涂層，要獲得高致密度的噴涂碳化硼涂層，必須要附加一些額外的裝置，如高壓設備、電磁加速設備，這些附加機構的存在會大大提高噴涂成本。另外由于碳化硼和鋁之間的潤濕性較差，直接采用碳化硼顆粒與鋁粉混合進行噴涂無法制備高碳化硼含量的復合涂層。因此降低噴涂成本并制備高碳化硼含量的復合涂層是亟待解決的問題。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述缺陷，提供一種高碳化硼含量的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料。
本發明的另一個目的是提供一種本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的制備方法。[0008]本發明還有一個目的是將本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料作為空間防護涂層的應用。
本發明再一個目的是一種帶有本發明鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層的空間防護材料。
本發明提供了一種鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料，其組成包括重量百分比為M-79% 的鍍鎳碳化硼顆粒，21-46%的鋁粉。優選重量百分比為68%的鍍鎳碳化硼顆粒和32%的鋁粉。
本發明還提供了一種制備本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的方法，包括以下步驟
1)原料碳化硼顆粒的預氧化處理，處理方法為在500-700°C煅燒0. 5_lh ；
2)碳化硼顆粒的化學鍍鎳處理，鍍液配方為=NiSO4 · 2H2035_45g/L、 NaH2PO2 ·Η2028-;35β/1、ΝΗ4α30-45β/1 及 Na3C6H5O7 ·2Η20( 二水合檸檬酸三鈉)20-27g/L，鍍液PH值為9-11，鍍覆時間為7-9min，施鍍溫度為60_80°C，鍍層厚度為5_8 μ m ；
3)將經步驟2、制備的鍍鎳后的碳化硼和鋁粉按重量百分比分別為54-79%和 21-46% 配制；
4)將經步驟幻配制后的混合物，以無水乙醇為介質，放在磁力攪拌機上進行攪勻，攪拌l_2h，過濾，將混合粉體放置在空氣中自然風干，由此得到本發明的鍍鎳碳化硼/ 鋁復合涂料。
上述原料碳化硼顆粒的粒度為150-250目，鋁粉粒度為160-250目。
上述鍍液配方優選為=NiSO4· 2H2040g/L、NaH2PO2 · H2032g/L、NH4C140g/L 及 Na3C6H5O7 · 2H2024g/Lo
上述鍍液pH值優選為9，鍍覆時間優選為7min，施鍍溫度優選為70°C，鍍層厚度優選為5 μ m。
上述鍍鎳后的碳化硼顆粒和鋁粉的重量百分比分別優選為68%和32%。
可將本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料噴涂在基體上形成空間防護涂層，并由此制作出帶有本發明鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層的新型空間防護材料。
上述噴涂方法為火焰噴涂法或等離子噴涂法。
上述基體為鋁基體。
本發明的有益效果是本發明通過將碳化硼顆粒進行表面改性處理后與鋁粉混合，提高了碳化硼的含量；使用的鍍鎳方法較傳統的M-P鍍處理相比，不需要昂貴的此(12 等活化試劑，降低了成本；實現了采用常規火焰噴涂或等離子噴涂制備高碳化硼含量的涂層，大大降低了噴涂成本；并且，由此制得的涂層具有輕質的特點及良好的電子輻射吸收性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，絕非限制本發明。
等離子噴涂試驗采用瑞士 PT公司生產的R750C等離子噴涂設備進行的，噴涂前將 Al板進行超聲波清洗3min，噴砂處理Imin。
等離子噴涂主要技術指標如下電源容量105kVA，功率80kW，最大電流DC800A，送粉速度1 ^g/h，最大裝粉量^g/每次，送粉粒度150-250目，供氣氣壓2MPa，等離子氣體為氬氣，輔助氣體為氫氣。
實施例1 將2300g原料碳化硼(粒度150目)進行鍍前處理(50(TC下氧化 0. 5h)；然后采用化學鍍鎳，鍍液配方為=NiSO4 · 2H2035g/L, NaH2PO2 · H2028g/L、NH4C130g/L R Na3C6H5O7 · 2H2020g/L。鍍液pH值為11，鍍覆時間為9min，施鍍溫度為60士 1°C，鍍層厚度8μπι，總重量為2500g。將鍍鎳碳化硼顆粒同2130g鋁粉(粒度為160目)配制后，以無水乙醇為介質，放在磁力攪拌機上進行攪勻，攪拌時間為lh，過濾，將混合粉體放置在空氣中自然風干，得到本發明涂料。最后采用等離子噴涂技術將本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料噴涂到Imm的鋁基體上即得到帶有鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層的防護材料。
經測試，當鍍鎳碳化硼/鋁涂層厚度為0. Imm時的電子吸收劑量為5. 5kGy，而同樣的電子吸收劑量所需鋁板的厚度為0. 3mm。而厚度為0. Imm的鍍鎳碳化硼/鋁涂層重量僅為0. 27kg/m2，厚度為0. 3mm的Al板重量卻為0. 81kg/m2。由此表明該鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層具有輕質的特點及良好的電子輻射吸收性能。
最后將涂層和鋁板用酸溶解后把未溶解的碳化硼取出稱重為1840g，與配粉時的重量比較、計算后可知所獲得鍍鎳碳化硼/鋁涂層中碳化硼的實際含量為39. 7%，與理論值49. 7%相差不大。
實施例2 將1840g原料碳化硼(粒度250目)進行鍍前處理(700°C下氧化Ih)； 然后采用化學鍍鎳，鍍液配方為=NiSO4 · 2H2045g/L、NaH2PO2 · H2035g/L、NH4C145g/L 及 Na3C6H507 · 2H2027g/L。鍍液pH值為10，鍍覆時間為8min，施鍍溫度為80士 1°C，鍍層厚度 6 μ m，總重量為2000g。將鍍鎳碳化硼顆粒同530g鋁粉(粒度250目)配制后，以無水乙醇為介質，放在磁力攪拌機上進行攪勻，攪拌時間為2h，過濾，將混合粉體放置在空氣中自然風干，得到本發明涂料。最后采用等離子噴涂技術將本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料噴涂到Imm的鋁基體上即得到鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層。
經測試，當鍍鎳碳化硼/鋁涂層厚度為0. 5mm時的電子吸收劑量為51. 5kGy，而同樣的電子吸收劑量所需鋁板的厚度為2. 3mm。而厚度為0. 5mm的鍍鎳碳化硼/鋁涂層重量僅為1. 28kg/m2,厚度為2. 3mm的Al板重量卻為6. 21kg/m2。由此表明該鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層具有輕質的特點及良好的電子輻射吸收性能。
最后將涂層和鋁板用酸溶解后把未溶解的碳化硼取出稱重為1700g，與配粉時的重量比較、計算后可知所獲得鍍鎳碳化硼/鋁涂層中碳化硼的實際含量為67. 2%，與理論值72. 7%相差不大。
實施例3 將1610g原料碳化硼(粒度200目)進行鍍前處理(600°C下氧化Ih)； 然后采用化學鍍鎳，鍍液配方為=NiSO4 · 2H2040g/L、NaH2PO2 · H2032g/L、NH4C140g/L 及 Na3C6H507 · 2H2024g/L。鍍液pH值為9，鍍覆時間為7min，施鍍溫度為70士 1°C，鍍層厚度 5 μ m，總重量為1710g。將鍍鎳碳化硼顆粒同805g鋁粉(粒度200目)配制后，以無水乙醇為介質，放在磁力攪拌機上進行攪勻，攪拌時間為1. 5h，過濾，將混合粉體放置在空氣中自然風干，得到本發明涂料。最后采用等離子噴涂技術將本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料噴涂到Imm的鋁基體上即得到鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層。
經測試，當鍍鎳碳化硼/鋁涂層厚度為0. 77mm時的電子吸收劑量為52. SkGy而同樣的電子吸收劑量所需鋁板的厚度為2. 3mm。而厚度為0. 77mm的鍍鎳碳化硼/鋁涂層重量僅為2. 26kg/m2,厚度為2. 3mm的Al板重量卻為6. 21kg/m2。表明該鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層具有輕質的特點及良好的電子輻射吸收性能。
最后將涂層和鋁板用酸溶解后把未溶解的碳化硼取出稱重為1500g，與配粉時的重量比較、計算后可知所獲得鍍鎳碳化硼/鋁涂層中碳化硼的實際含量為59. 6%，與理論值糾.0%相差不大。
權利要求
1.一種制備鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的方法，包括以下步驟1)原料碳化硼顆粒的預氧化處理，處理方法為在500-700°C煅燒0.5-lh ；2)碳化硼顆粒的化學鍍鎳處理，鍍液配方為=NiSO4· 2H20 35-45g/L、 NaH2PO2 · H2028-35g/L, NH4Cl 30_45g/L 及 Na3C6H5O7 · 2H20 20_27g/L，鍍液 pH 值為 9-11，鍍覆時間為7-9min，施鍍溫度為60_80°C，鍍層厚度為5_8 μ m ；3)將經步驟幻制備的鍍鎳后的碳化硼顆粒和鋁粉按重量百分比分別為54-79%和 21-46% 配制；4)將經步驟幻配制后的混合物，以無水乙醇為介質，放在磁力攪拌機上進行攪勻，攪拌l_2h，過濾，將混合粉體放置在空氣中自然風干，由此得到鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料。
2.根據權利要求
1所述的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的制備方法，其特征在于所述原料碳化硼顆粒的粒度為150-250目，鋁粉粒度為160-250目。
3.根據權利要求
1所述的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的制備方法，其特征在于所述鍍液配方為=NiSO4 · 2H20 40g/L, NaH2PO2 · H2O 32g/L、NH4Cl 40g/L 及 Na3C6H5O7 · 2H20 24g/L，所述鍍液PH值為9，所述鍍覆時間為7min，所述施鍍溫度為70°C，所述鍍層厚度為5 μ m。
4.根據權利要求
1所述的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料的制備方法，其特征在于鍍鎳后的碳化硼顆粒和鋁粉以重量百分比分別為68%和32%配制。
專利摘要
本發明提供了一種鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料，其組成包括重量百分比為54-79％的鍍鎳碳化硼顆粒和21-46％的鋁粉。還提供了其制備方法，即通過對碳化硼顆粒預處理及化學鍍鎳表面改性后與鋁粉混合得到鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料；以及該鍍鎳碳化硼/鋁復合涂料噴涂在基體上作為空間防護涂層的應用，并由此制作出帶有本發明鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層的新型空間防護材料。其優點在于通過將碳化硼顆粒進行表面改性處理，實現了采用常規火焰噴涂或等離子噴涂制備高碳化硼含量的涂層，大大降低了噴涂成本；而且，本發明的鍍鎳碳化硼/鋁復合涂層具有輕質的特點和很好的電子輻射吸收性能。
文檔編號C23C18/36GKCN101684210 B發布類型授權 專利申請號CN 200810161815
公開日2012年4月18日 申請日期2008年9月24日
發明者唐光澤, 郭光偉, 馬欣新 申請人:哈爾濱工業大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1), 非專利引用 (1),