МАТЕРИАЛ ПОКРЫТИЯ С ВЫСОКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ Российский патент 2005 года по МПК C23C24/04 C23C26/00 

Изобретение относится к материалам с высокой излучательной способностью и может быть использовано для покрытий радиаторов космических аппаратов, холодильников-излучателей и отражателей ядерных электрогенераторов, работающих в глубоком вакууме, например в космосе.

Известно (А.Хасуй. "Техника напыления", Москва, Машиностроение, 1975, с.224), что при низких температурах большая часть энергии излучается радиаторами (отражателями) космических аппаратов в инфракрасной области спектра. Следовательно, для того чтобы не повышалась температура элементов космического аппарата, с теплоотводящих поверхностей должно происходить интенсивное излучение на этой длине волн. Кроме этого, эти поверхности должны обладать низкой поглощающей способностью в диапазоне волн солнечного излучения. В качестве теплоотводящих материалов на космических аппаратах используют металлы. Однако поверхности металлов обычно обладают низкой излучательной способностью. Напыление материалов с высокой излучательной способностью позволяет улучшить отдачу теплоты и в то же время уменьшить нагрев излучением космического аппарата из окружающего пространства.

В настоящее время известны материалы, применяемые для чернения излучателей в электровакуумной промышленности: окислы NiO и Ti₂О₃ (В.Эспе. "Технология электровакуумных материалов", том 1, Госэнергоиздат, М. - Л., 1962, с.597-606), керметы Al₂О₃+W или Al₂О₃+Мо (И.Л.Гиндельсман и др. "Подогреватели с изоляционными покрытиями, обладающие повышенным коэффициентом излучения", "Электрохимия", 1, вып.6, 1967).

Недостатком NiO и Ti₂О₃ является то, что они неустойчивы при температурах 650-800°С, а керметы Al₂О₃+W и Al₂О₃+Мо имеют недостаточную степень черноты.

Известен материал, применяемый для чернения радиаторов космических аппаратов - хромоникелевая шпинель NiCr₂O₄ (А.Хасуй. "Техника напыления", Москва, Машиностроение, с.225) с температурой плавления 1900°С и достаточно высокой микротвердостью - 1200 кг/мм. Этот материал имеет излучательную способность не менее ε=0,87 в интервале температур 538-1150°С, который выберем за прототип.

Недостатком этого материала является то, что при температуре, превышающей 400°С, излучательная способность снижается и при 1200°С она становится меньше ε=0,87, что в ряде случаев не удовлетворяет требованиям для покрытий радиаторов космических аппаратов, покрытий холодильников-излучателей и отражателей ядерных электрогенераторов, применяемых в космосе.

В основу полезной модели положена задача создания материала с высокой излучательной способностью (ε), который при повышении температуры от 400 до 1200°С имеет излучательную способность, по меньшей мере равную ε=0,94.

Поставленная задача решается тем, что к хромоникелевой шпинели (NiCr₂O₄) согласно полезной модели дополнительно вводят карбид титана (TiC) при следующем соотношении компонентов, мас.%: хромоникелевая шпинель 92-90, карбид титана 8-10.

Впервые предложено добавление карбида титана к хромоникелевой шпинели, которая позволяет огрубить поверхность материала покрытия и тем самым стабилизировать его излучательную способность по температуре и времени.

Таким образом, применение хромоникелевой шпинели как материала с высокой излучательной способностью ограничено относительно низкими температурами (меньше 400°С). Высокая стабильность карбида титана обеспечивает сохранность рельефа поверхности при высоких температурах, когда наблюдается сглаживание поверхности чистой шпинели.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами ее применения и чертежом, на котором изображены графики температурной зависимости излучательной способности (ε) для материала согласно полезной модели и для материала согласно прототипу.

Пример 1.

В качестве подложки использовались четыре образца из меди (Cu). В качестве материала покрытия использовалось NiCr₂O₄+10% (мас.%) TiC. В графе 2 таблицы 1 приведены габариты подложек. В графе 3 приведена температура испарения в градусах Цельсия (°С).

В графе 4 и 5 - полученные результаты испытания, где графа 4 - время испытания в часах, графа 5 - коэффициент излучательной способности.

Таблица 1.Материал
подложкиРазмеры подложкиТ° (С)Т (час)ε (%)L (мм)Н (мм)h (мм)12345Образец 1 Медь (Cu)200100,32009000,948Образец 2 Медь (Cu)200100,34006000,947Образец 3 Медь (Cu)200100,36003000,946Образец 4 Медь (Cu)200100,38001000,945

Пример 2.

В качестве подложки использовалась сталь марки 1Х18Н10Т. В качестве материала покрытия использовалось NiCr₂O₄+10% (мас.%) TiC. Графы 1-5 таблицы 2 аналогичны графам 1-5 таблицы 1.

Таблица 2.Материал
подложкиРазмеры подложкиТ° (С)Т (час)ε (%)L (мм)Н (мм)h (мм)12345Образец 1 Сталь (1Х18Н9Т)200100,710001000,945

Пример 3.

В качестве подложки был использован молибден (Мо). В качестве материала покрытия использовалось NiCr₂O₄+10% (мас.%) TiC. Графы 1-5 таблицы 3 аналогичны графам 1-5 таблицы 1.

Пример 4.

Настоящий пример иллюстрирует применение хромоникелевой шпинели NiCr₂O₄ в качестве материала покрытия - прототип. В качестве подложек были выбраны аналогичные по размерам (Таблицы 1, 2 и 3) шесть образцов из меди (Cu), стали (1Х18Н10Т) и молибдена (Мо). Графы 1-5 таблицы 4 аналогичны графам 1-5 таблицы 1.

На чертеже приведена температурная зависимость излучательной способности (ε) материала покрытия с высокой излучательной способностью (кривая 2). В качестве подложек использовалась медь (Cu). Были выбраны четыре образца, приведенные в таблице 1. Кроме того, использовались подложка из стали марки 1Х18Н10Т (был выбран образец, приведенный в таблице 2) и подложка из молибдена (Мо) (был выбран образец, приведенный в таблице 3). В качестве материала покрытия использовалось NiCr₂O₄+10% (мас.%) TiC.

Кроме того, на чертеже приведена температурная зависимость излучательной способности (ε) хромоникелевой шпинели - прототипа (кривая 1). В качестве подложек использовались образцы, приведенные в таблице 4.

Из чертежа можно определить, что излучательная способность образцов, покрытых материалом, согласно полезной модели составляет от ε=0,948 до ε=0,94, в то время как аналогичные образцы, покрытые хромоникелевой шпинелью - прототипа, - от ε=0,928 до ε=0,85.

Материал покрытия с высокой излучательной способностью получают следующим образом: порошки хромоникелевой шпинели и карбида титана зернитостью 50-100 мкм смешивают во вращающемся барабане в течение двух часов, затем дважды просеивают через сито с ячейками 100 мкм. Полученная шихта с помощью газотермического распыления наносится на поверхность подложек из меди, стали или молибдена.

На основании приведенных примеров 1-4 и чертежа можно сделать вывод, что применение предлагаемого материала с высокой излучательной способностью (ε) для радиаторов космических аппаратов, холодильников-излучателей и отражателей ядерных электрогенераторов, работающих в глубоком вакууме, например в космосе, расширяет их применение до 1200°С, т.е. в 3 раза выше прототипа.

Изобретение относится к материалам с высокой излучательной способностью и может быть использовано для покрытий радиаторов космических аппаратов, холодильников-излучателей и отражателей ядерных электрогенераторов, работающих в высоком вакууме. Материал покрытия содержит 90-92 мас.% хромоникелевой шпинели и 8-10 мас.% карбида титана. Техническим результатом изобретения является создание материала с высокой излучательной способностью, который при повышении температуры от 400 до 1200°С имеет излучательную способность, по меньшей мере, равную ε=0,94. 1 ил., 4 табл.

Материал покрытия с высокой излучательной способностью, содержащий хромоникелевую шпинель NiCr₂O₄, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбид титана TiC при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хромоникелевая шпинель NiCr₂O₄90-92Карбид титана TiC8-10