高硅铝合金表面防静电消杂光涂层的制备及其性能研究

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高硅铝合金具有比刚度大、线膨胀系数小、导热率高等优异性能,是一类极具应用前景的光学遥感器光机结构材料。为了有效降低经光机结构材料表面反射的杂光对遥感器成像质量的影响,克服等离子体所致的充放电效应,在高硅铝合金表面制备防静电消杂光涂层尤为重要。本论文采用化学刻蚀与微弧氧化相结合的工艺在Al-70Si合金、Al-50Si合金、Al-27Si合金表面制备消杂光涂层;在此基础上,利用磁控溅射技术在消杂光涂层表面沉积了掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜,研究了工艺参数对防静电消杂光涂层结构与性能的影响规律。采用化学刻蚀工艺降低了Al-70Si合金表层的Si相含量,采用微弧氧化技术(MAO)在刻蚀基体表面制备了消杂光涂层。研究表明,当浓HNO3和HF的体积比为2:1、刻蚀时间为30 s时,合金表层剩余Si含量最低。当电解液组成为氢氧化钾3 g/L、硅酸钠30 g/L、多聚磷酸钠10 g/L、偏钒酸铵15 g/L,电参数组合为电源频率50Hz、电流密度8 A/dm~2、占空比40%-10%-40%时,微弧氧化涂层的消杂光性能最佳,涂层吸收率为0.946。XPS测试结果表明,溶液中偏钒酸盐的存在,成功在涂层中引入了V2O3,使得涂层具有较高的太阳吸收率。为了探究Al-70Si合金表面消杂光涂层的制备工艺是否适用于其它高硅铝合金,本论文又选取Al-50Si合金、Al-27Si合金作为实验基材,对其进行同样的化学刻蚀与微弧氧化处理,研究了其成膜特征变化。结果表明,Al-50Si合金表面制备的涂层吸收率为0.956;Al-27Si合金表面制备的涂层吸收率为0.967。为了进一步提高光机结构材料的防静电性能,采用磁控溅射技术在微弧氧化涂层上沉积AZO透明导电薄膜,研究了溅射压强、溅射功率、溅射时间对复合涂层结构和性能的影响。结果表明,当溅射功率为200 W、溅射压强为0.1 Pa、溅射时间为20 min时,Al-70Si合金表面复合涂层的方块电阻为1.35×10~7Ω/sq,吸收率为0.943,相较于MAO涂层的吸收率下降0.003;Al-50Si合金表面复合涂层的方块电阻为1.47×10~7Ω/sq,吸收率为0.951,其吸收率下降0.006;Al-27Si合金表面复合涂层的方块电阻5.65×10~7Ω/sq,吸收率为0.963,相较于MAO涂层吸收率下降0.005。
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