电流密度对MgO-ZnO陶瓷薄膜结构和热控性能的影响
发布时间：2021-08-11 05:35
在Zn（H2PO4）2电解液中,利用微弧氧化技术在AZ31镁合金表面原位生长Mg O-Zn O热控陶瓷薄膜,研究了电流密度对薄膜结构组成、结合强度和热控性能的影响,以及紫外辐照作用下薄膜太阳吸收率的变化规律。结果表明:薄膜主要由Mg O、Zn O和非晶态物质组成,随着电流密度增大,微孔数量逐渐减少而粗糙度逐步增大,其厚度、结合强度和发射率先增大后减小,而太阳吸收率则先减小后增大。电流密度9 A/dm2时所得薄膜的结合强度达到最大12.6 MPa,且热控性能最佳,其发射率为0.872,太阳吸收率为0.363;且随着紫外辐照时间延长,此薄膜太阳吸收率先升高而后趋于平缓。研究结果为制备良好结合强度和抗紫外辐照能力的低吸收高发射热控薄膜提供技术支持。
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(12)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同电流密度下制备薄膜的表面SEM照片
1294无机材料学报第32卷较小,表明放电通道所产生的高温使其周围的熔融物凝固减缓,驱动熔融物的融合烧结促使微孔有所封闭;而随着电流密度进一步增大,表面弧光强度增大,过高能量密度火花致使熔融氧化物未能完全凝固,就在通道内过高的温度作用下再次熔融,使得部分熔融氧化物被电解液溶解,且容易在薄弱区域形成弧光放电集中,引起局部烧蚀,不利于薄膜生长。不同电流密度下所得薄膜的截面照片,如图2所示。薄膜内部也存在微孔,且电流密度对薄膜厚度的影响较大,随着电流密度增大,厚度先增加后减校当电流密度为3A/dm2时,生成的薄膜厚度为图1不同电流密度下制备薄膜的表面SEM照片Fig.1SEMimagesofcoatingsobtainedatdifferentcurrentdensities(a)3A/dm2;(b)6A/dm2;(c)9A/dm2;(d)12A/dm2图2不同电流密度下所得薄膜的截面SEM照片Fig.2Sectionimagesofcoatingsobtainedatdifferentcurrentdensities(a)3A/dm2;(b)6A/dm2;(c)9A/dm2;(d)12A/dm221μm左右;当电流密度升至6A/dm2时,厚度增加至约34μm;而电流密度升至9A/dm2时,厚度达到约52μm;但是,当电流密度增大到12A/dm2时,厚度反而降低至约39μm。可见,在一定电流密度范围内,高的电流密度有助于薄膜的生长,薄膜厚度与电流密度呈正比关系。过低电流密度,难以生成较厚薄膜。高的电流密度促使阳极表面氧化反应剧烈,产生较多的熔融氧化物并喷出放电通道,在冷溶液作用下不断凝固和堆积在基体表面,从而提高薄膜生长速率。而过高的电流密度,增加了火花能量强度和密度,致使阳极表面产生的热量过多,且其不易散失,造成熔融氧化物未能充分凝固,在电解液溶解和冲刷作用下,在氧化过程中薄膜容易被溶解,从而降低了其生长速率,并导致其表面粗糙度的增?
助于薄膜的生长,薄膜厚度与电流密度呈正比关系。过低电流密度,难以生成较厚薄膜。高的电流密度促使阳极表面氧化反应剧烈,产生较多的熔融氧化物并喷出放电通道,在冷溶液作用下不断凝固和堆积在基体表面,从而提高薄膜生长速率。而过高的电流密度,增加了火花能量强度和密度,致使阳极表面产生的热量过多,且其不易散失,造成熔融氧化物未能充分凝固,在电解液溶解和冲刷作用下,在氧化过程中薄膜容易被溶解,从而降低了其生长速率,并导致其表面粗糙度的增加。2.2薄膜的组成分析不同电流密度下所得薄膜的相组成分析结果如图3所示,Mg衍射峰来自于基体。从图3可以看出,在2=42.9处衍射峰源于MgO(200)晶面,与JCPDS标准卡片(45-0946)峰位相符;而在2=34.4处衍射峰,来源于纤锌矿结构的六方ZnO(JCPDS36-1451),对应于ZnO(002)晶面特征峰,因而陶瓷薄膜主要由MgO和ZnO相所组成。随着电流密度的增大,MgO和ZnO特征峰的衍射强度逐渐增强,高的能量密度致使阳极表面微弧放电所产生热量增多,促使薄膜结晶度增大;且随着陶瓷薄膜厚度增加,镁合金基底的衍射峰强度降低。通过XPS技术进一步检测陶瓷薄膜的化学组成和价态,对电流密度为9A/dm2时所得薄膜进行XPS分析,从XPS全谱分析结果可知(图4(a)),薄膜中存在Mg、O、Zn、Na、K和P六种元素,Mg元素来自于镁合金基体,其他元素则来自于电解液。图3不同电流密度下制备薄膜的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofcoatingspreparedatdifferentcurrentdensities
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土掺杂对ZnO材料结构及光催化性能的影响研究[J]. 徐晓虹,陈霞,吴建锋,何德芝,刘溢,任潇. 硅酸盐通报. 2016(10)
[2]封闭对铝合金微弧氧化膜在酸性溶液中耐蚀性的影响[J]. 叶作彦,刘道新,李重阳,张晓化,张小明,雷明霞. 无机材料学报. 2015(06)
[3]真空紫外辐照非金属材料环境效应与机理研究进展[J]. 王毅,郭兴,杨生胜,王先荣,王田刚,王小军. 真空与低温. 2015(02)
[4]二氧化钛/氧化锌复合薄膜的制备及生物相容性表征[J]. 孙俞,程逵,翁文剑,林军,王慧明. 稀有金属材料与工程. 2014(S1)
[5]高发射率涂层研究的进展[J]. 刘晨宇,徐用军,姜兆华,张振文,王志江. 节能技术. 2013(04)
[6]2024铝合金表面扫描式微弧氧化工艺研究[J]. 吕鹏翔,韦东波,郭成波,李兆龙,狄士春. 无机材料学报. 2013(04)
[7]航天器空间环境协和效应研究[J]. 邱家稳,沈自才,肖林. 航天器工程. 2013(01)
[8]空间辐射环境作用下热控涂层光学特性退化仿真方法研究[J]. 田海,李丹明,张洪鹏,薛华. 真空与低温. 2011(03)
[9]2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响[J]. 薛文斌,鲁亮,杜建成,华铭,赵衍华. 无机材料学报. 2011(09)
[10]镁合金微弧氧化Na2CO3诱导析气反应及结构调制[J]. 王晓波,田修波,巩春志,杨士勤. 无机材料学报. 2011(07)
本文编号：3335560
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(12)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同电流密度下制备薄膜的表面SEM照片
1294无机材料学报第32卷较小,表明放电通道所产生的高温使其周围的熔融物凝固减缓,驱动熔融物的融合烧结促使微孔有所封闭;而随着电流密度进一步增大,表面弧光强度增大,过高能量密度火花致使熔融氧化物未能完全凝固,就在通道内过高的温度作用下再次熔融,使得部分熔融氧化物被电解液溶解,且容易在薄弱区域形成弧光放电集中,引起局部烧蚀,不利于薄膜生长。不同电流密度下所得薄膜的截面照片,如图2所示。薄膜内部也存在微孔,且电流密度对薄膜厚度的影响较大,随着电流密度增大,厚度先增加后减校当电流密度为3A/dm2时,生成的薄膜厚度为图1不同电流密度下制备薄膜的表面SEM照片Fig.1SEMimagesofcoatingsobtainedatdifferentcurrentdensities(a)3A/dm2;(b)6A/dm2;(c)9A/dm2;(d)12A/dm2图2不同电流密度下所得薄膜的截面SEM照片Fig.2Sectionimagesofcoatingsobtainedatdifferentcurrentdensities(a)3A/dm2;(b)6A/dm2;(c)9A/dm2;(d)12A/dm221μm左右;当电流密度升至6A/dm2时,厚度增加至约34μm;而电流密度升至9A/dm2时,厚度达到约52μm;但是,当电流密度增大到12A/dm2时,厚度反而降低至约39μm。可见,在一定电流密度范围内,高的电流密度有助于薄膜的生长,薄膜厚度与电流密度呈正比关系。过低电流密度,难以生成较厚薄膜。高的电流密度促使阳极表面氧化反应剧烈,产生较多的熔融氧化物并喷出放电通道,在冷溶液作用下不断凝固和堆积在基体表面,从而提高薄膜生长速率。而过高的电流密度,增加了火花能量强度和密度,致使阳极表面产生的热量过多,且其不易散失,造成熔融氧化物未能充分凝固,在电解液溶解和冲刷作用下,在氧化过程中薄膜容易被溶解,从而降低了其生长速率,并导致其表面粗糙度的增?
助于薄膜的生长,薄膜厚度与电流密度呈正比关系。过低电流密度,难以生成较厚薄膜。高的电流密度促使阳极表面氧化反应剧烈,产生较多的熔融氧化物并喷出放电通道,在冷溶液作用下不断凝固和堆积在基体表面,从而提高薄膜生长速率。而过高的电流密度,增加了火花能量强度和密度,致使阳极表面产生的热量过多,且其不易散失,造成熔融氧化物未能充分凝固,在电解液溶解和冲刷作用下,在氧化过程中薄膜容易被溶解,从而降低了其生长速率,并导致其表面粗糙度的增加。2.2薄膜的组成分析不同电流密度下所得薄膜的相组成分析结果如图3所示,Mg衍射峰来自于基体。从图3可以看出,在2=42.9处衍射峰源于MgO(200)晶面,与JCPDS标准卡片(45-0946)峰位相符;而在2=34.4处衍射峰,来源于纤锌矿结构的六方ZnO(JCPDS36-1451),对应于ZnO(002)晶面特征峰,因而陶瓷薄膜主要由MgO和ZnO相所组成。随着电流密度的增大,MgO和ZnO特征峰的衍射强度逐渐增强,高的能量密度致使阳极表面微弧放电所产生热量增多,促使薄膜结晶度增大;且随着陶瓷薄膜厚度增加,镁合金基底的衍射峰强度降低。通过XPS技术进一步检测陶瓷薄膜的化学组成和价态,对电流密度为9A/dm2时所得薄膜进行XPS分析,从XPS全谱分析结果可知(图4(a)),薄膜中存在Mg、O、Zn、Na、K和P六种元素,Mg元素来自于镁合金基体,其他元素则来自于电解液。图3不同电流密度下制备薄膜的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofcoatingspreparedatdifferentcurrentdensities
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土掺杂对ZnO材料结构及光催化性能的影响研究[J]. 徐晓虹,陈霞,吴建锋,何德芝,刘溢,任潇. 硅酸盐通报. 2016(10)
[2]封闭对铝合金微弧氧化膜在酸性溶液中耐蚀性的影响[J]. 叶作彦,刘道新,李重阳,张晓化,张小明,雷明霞. 无机材料学报. 2015(06)
[3]真空紫外辐照非金属材料环境效应与机理研究进展[J]. 王毅,郭兴,杨生胜,王先荣,王田刚,王小军. 真空与低温. 2015(02)
[4]二氧化钛/氧化锌复合薄膜的制备及生物相容性表征[J]. 孙俞,程逵,翁文剑,林军,王慧明. 稀有金属材料与工程. 2014(S1)
[5]高发射率涂层研究的进展[J]. 刘晨宇,徐用军,姜兆华,张振文,王志江. 节能技术. 2013(04)
[6]2024铝合金表面扫描式微弧氧化工艺研究[J]. 吕鹏翔,韦东波,郭成波,李兆龙,狄士春. 无机材料学报. 2013(04)
[7]航天器空间环境协和效应研究[J]. 邱家稳,沈自才,肖林. 航天器工程. 2013(01)
[8]空间辐射环境作用下热控涂层光学特性退化仿真方法研究[J]. 田海,李丹明,张洪鹏,薛华. 真空与低温. 2011(03)
[9]2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响[J]. 薛文斌,鲁亮,杜建成,华铭,赵衍华. 无机材料学报. 2011(09)
[10]镁合金微弧氧化Na2CO3诱导析气反应及结构调制[J]. 王晓波,田修波,巩春志,杨士勤. 无机材料学报. 2011(07)
本文编号：3335560
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