硫酸铜浓度及反应时间对LA103Z镁锂合金PEO膜层热控性能的影响

摘要

目的在LA103Z镁锂合金表面原位生长高吸收率高发射率的黑色陶瓷膜,研究硫酸铜浓度及反应时间对该膜层热防护性能的影响规律,同时建立膜层的色度值与其热控性能的联系。方法采用等离子体电解氧化技术(PEO),在Na_(2)SiO_(3)电解液体系中,通过调节硫酸铜浓度及反应时间优化膜层性能。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、CIE颜色系统和能谱仪(EDS)研究膜层的组成和结构。采用分光光度计和红外发射率仪研究膜层的热控性能。结果PEO膜层主要由MgO和Mg2SiO4相组成。随反应时间及CuSO4浓度的增加,MgO和Mg2SiO4相的衍射峰峰强增加,基体的衍射峰峰强减弱。PEO膜层主要由Mg、O、Si、Na、Cu元素组成,且Cu元素含量随CuSO4浓度的增加而增加。XPS结果表明,膜层中铜主要以一价和二价离子形式存在,可推断膜层中铜是以非晶氧化铜和氧化亚铜的形式存在。PEO膜层具备典型的多孔火山口形貌,孔洞周围稍微突起,膜层与基体紧密结合,无裂缝,具有良好的膜基结合力。膜层微孔数量和孔隙率随CuSO4浓度的增加而增加,随反应时间的延长而减少。随反应时间的延长和CuSO4浓度的增加,膜层厚度和粗糙度增大,反射率降低(0.25~2.5μm),色度值(L*)由81降低至29,膜层颜色由银灰色逐渐变为浅红,最终变为黑色。当CuSO4质量浓度为1.25 g/L和反应时间为20 min时,膜层吸收率和发射率分别高达0.8150、0.9072,此时其热控性能最佳。结论在电解液中添加CuSO4和适当延长反应时间,可提高LA103Z镁锂合金表面PEO膜层的热控性能,为镁锂合金在航空航天领域的进一步应用奠定了基础。