ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ КЛАССА "СОЛНЕЧНЫЕ ОТРАЖАТЕЛИ" Российский патент 2008 года по МПК B64G1/58 C09D5/33 C09D4/00 C09D133/12 

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «солнечные отражатели».

При высоких значениях коэффициента поглощения солнечного излучения (A_s) увеличиваются площади отражающих поверхностей изделий, повышаются габаритно-массовые характеристики и снижается масса полезного груза. Поэтому для оптимизации работы системы пассивного терморегулирования космических аппаратов требуются покрытия с низкими значениями A_s и высокими значениями коэффициента излучения ε.

В системах теплового обеспечения наиболее предпочтительным является применение терморегулирующих анодноокисных покрытий на алюминии и его сплавах из-за их малой толщины и, следовательно, малого веса. Являясь цельными с алюминиевой основой, они не откалываются даже от воздействия космических осколков, обеспечивают защиту от коррозии в земных условиях и полностью стойки к эрозии от атомарного кислорода в отличие от неорганических и органических покрытий. Однако начальные значения их терморадиационных характеристик достаточно велики.

Наиболее близким к предлагаемому терморегулирующему покрытию по технической сущности является терморегулирующее покрытие (Патент США №5296285 от 22 марта 1994), представляющее собой двухслойное покрытие, образованное путем создания первого слоя анодным окислением алюминиевой основы и нанесением второго верхнего слоя, состоящего из силикатного покрытия Z-93. Покрытие имеет следующие характеристики: A_s≤0,15-0,20, ε≥0,90-0,92.

Такие высокие начальные значения коэффициента поглощения A_s требуют размещения на космических объектах дополнительных площадей радиаторов-охладителей для сброса тепла. Кроме того, силикатное покрытие верхнего слоя указанной выше композиции имеет ряд технологических недостатков, свойственных всему классу силикатных покрытий - относительная хрупкость, недостаточная эластичность, трудоемкость нанесения.

Технической задачей данного изобретения является разработка терморегулирующего покрытия с низким значением поглощательной способности солнечной радиации и высоким коэффициентом излучения на алюминии и его сплавах без характерных недостатков силикатных покрытий.

Эта задача решается тем, что терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели», включающее нижний слой - анодноокисное покрытие на алюминиевых сплавах и верхний слой, отличающееся тем, что в качестве верхнего слоя используется лакокрасочное терморегулирующее покрытие, содержащее акрилатный гольмийсодержащий лак АКГ-1,2 и цирконий (IV) оксид модифицированный о.с.ч. 7-4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цирконий (IV) оксид модифицированный58-62лак АКГ-1,242-38

Нижний слой для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели» формировался путем нанесения терморегулирующего анодноокисного покрытия (анодный оксид) на образцы из сплава АМг3 после их предварительной обработки (обезжиривание, травление, промывка, полирование). Анодирование проводили в растворе 18% серной кислоты при напряжении 12-15 вольт, при этом плотность тока поддерживалась в интервале 0,8-1,2 а/дм² при температуре 18-20°С в течение 30 минут с последующей промывкой и наполнением в ванне с горячей деионизированной водой при температуре 90-95°С в течение 15 минут. Значения коэффициентов составили A_s≤0,33, ε≥0,80. На анодированную поверхность образцов наносилось лакокрасочное терморегулирующее покрытие на основе лака АКГ-1,2 и пигмента цирконий (IV) оксид модифицированный. Для приготовления композиции необходимые количества циркония (IV) оксид модифицированный кремниевой кислотой водной (массовая доля модификатора - 2%), особой чистоты по ТУ 2611-269-00209792-2003 и лака АКГ-1,2 по ТУ 2313-001-07545731-2005, физико-механические показатели которого приводятся в таблице 1, загружали в фарфоровый барабан с соотношением фарфоровые шары:пигмент = 1:1 (по массе) и перемешивали на валковой мельнице 60-90 мин. Затем полученный состав процеживали через капроновую сетку. Покрытие наносили краскораспылителем. Сушка покрытия осуществлялась при комнатной температуре.

Значения терморадиационных характеристик терморегулирующего покрытия на основе анодного оксида и лакокрасочной композиции составили: A_s≥0,10-0,11, ε≥0,92-0,94.

Таблица 1Наименование показателяНорма для лака АКГ-1,21. Внешний вид лакаПрозрачная однородная жидкость без механических включений2. Цвет лака по йодометрической шкале, мг I₂/100 см³, не темнее33. Условная вязкость лака по визкозиметру типа ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре от 19,5 до 20,5°С, сот 13 до 224. Массовая доля нелетучих веществ, %от 19 до 225. Кислотное число водной вытяжки, мг КОН, не более0,16. Содержание модификатора в сухом остатке в пересчете на триацетилацетонат гольмия, % (по мас.)от 1,15 до 1,257. Время высыхания лака до степени 3 при температуре от 18 до 22°С, ч, не более28. Внешний вид пленки лакаГладкая бесцветная однородная поверхность без оспин и механических включений9. Твердость пленки, условные единицы, не менее, по маятниковому прибору:  типа М-30,5типа ТМЛ (маятник А)0,4510. Эластичность пленки при изгибе, мм, не более111. Стойкость пленки к статическому воздействию воды при температуре от 18 до 22°С, ч, не менее412. Стойкость пленки к статическому воздействию нефраса при температуре от 18 до 22°С, мин, не менее1

В таблице 2 приведены значения терморадиационных характеристик (ТРХ) терморегулирующего покрытия «класса солнечные отражатели» на различных марках алюминиевого сплава.

Таблица 2Марка алюминиевого сплаваРежимы анодированияНачальные значения TPX после анодированияНачальные значения ТРХ после нанесения лакокрасочного покрытияПримечаниеA_s, не болееε, не менееA_s, не болееε, не менееАМг6плотность тока 0,8 а/дм², температура 17°С, время 15 минут0,22-0,270,75-0,790,10-0,110,92-0,93Технология нанесения лакокрасочного покрытия во всех случаях одинакова. Покрытие ровное, белое, равномерно распределенное на поверхности образцов.АМг3плотность тока 0,8-1,2 а/дм², температура 18°С, время 18 мин0,33-0,380,74-0,800,11-0,120,93-0,94АД31плотность тока 1-1,2 а/дм² температура 18°С время 20 минут0,21-0,230,79-0,800,10-0,110,94

Как видно из таблицы 2, для предлагаемого терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели» достигнуты высокие начальные значения терморадиационных характеристик A_s≤0,10-0,11 и ε≥0,92-0,94 вместо A_s≤0,15-0,20, ε≥0,90-0,92.

Использование заявляемого изобретения позволит:

- сократить площади навесных радиаторов-охладителей за счет уменьшения начального значения коэффициента солнечного поглощения A_s и увеличения коэффициента излучения ε;

- увеличить срок функционирования радиаторов-охладителей за счет наличия терморегулирующего анодного оксида после возможного разрушения верхнего слоя покрытия от воздействия атомарного кислорода.

Изобретение относится к пассивной тепловой защите космических аппаратов. Предлагаемое покрытие включает в себя нижний слой в виде анодноокисного покрытия алюминиевого сплава и верхний слой. В качестве верхнего слоя использовано лакокрасочное терморегулирующее покрытие, содержащее акрилатный гольмийсодержащий лак АКГ-1,2 (42-38 мас.%) и цирконий (IV) оксид модифицированный ос.ч. 7-4 (58-62 мас.%). Покрытие имеет низкие значения коэффициента поглощения солнечной радиации (A_s≤0,10-0,11) и высокие значения коэффициента излучения (ε≥0,92-0,94). Это позволяет снизить площадь радиаторов-излучателей, что особенно важно при разработке перспективных космических аппаратов. Наличие на поверхности радиаторов-излучателей двух терморегулирующих покрытий: анодноокисного и лакокрасочного - позволяет увеличить долговечность этих радиаторов. Предлагаемое покрытие позволяет также защитить от коррозии сложно профилированные конструкции и обеспечить на их поверхности заданные терморадиационные характеристики. Техническим результатом изобретения является создание терморегулирующих покрытий на поверхности изделий из алюминия и его сплавов с возможно более низкими значениями параметра A_S/ε без характерных недостатков известных силикатных покрытий. 2 табл.

Терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели», включающее в себя нижний слой в виде анодно-окисного покрытия алюминиевого сплава и верхний слой, отличающееся тем, что в качестве верхнего слоя использовано лакокрасочное терморегулирующее покрытие, содержащее акрилатный гольмийсодержащий лак АКГ-1,2 и цирконий (IV) оксид модифицированный ос.ч. 7-4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цирконий (IV) оксид модифицированный58-62Лак АКГ-1,242-38