ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19)
RU
(11)
2262552
(13)
C1
(51) МПК 7C23C24/04, C23C26/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 18.01.2011 - действует
(21), (22) Заявка: 2004100434/02, 15.01.2004
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 15.01.2004
(45) Опубликовано: 20.10.2005
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
ХАСУЙ А., Техника напыления, Москва, Машиностроение, 1975, с.224, 225. SU 960144 A, 23.09.1982. RU 2194798 C, 20.12.2002. US 6139649 А, 31.10.2000.
Адрес для переписки: 111672, Москва, а/я 27, ЗАО "РИМКО-XXI", С.А. Мосиенко
(72) Автор(ы): Мосиенко С.А. (RU)
(73) Патентообладатель(и): Мосиенко Сергей Александрович (RU)
(54) МАТЕРИАЛ ПОКРЫТИЯ С ВЫСОКОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ
(57) Реферат:
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 =0,94. 1 ил., 4 табл.
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 =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 =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 (), который при повышении температуры от 400 до 1200°С имеет излучательную способность, по меньшей мере равную =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 () 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 подложки
Размеры подложки
Т° (С)
Т (час)
(%)
L (мм)
Н (мм)
h (мм)
1
2
3
4
5
Образец 1 Медь (Cu)
200
10
0,3
200
900
0,948
Образец 2 Медь (Cu)
200
10
0,3
400
600
0,947
Образец 3 Медь (Cu)
200
10
0,3
600
300
0,946
Образец 4 Медь (Cu)
200
10
0,3
800
100
0,945
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 подложки
Размеры подложки
Т° (С)
Т (час)
(%)
L (мм)
Н (мм)
h (мм)
1
2
3
4
5
Образец 1 Сталь (1Х18Н9Т)
200
10
0,7
1000
100
0,945
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 () 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 () 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 =0,948 до =0,94, в то время как аналогичные образцы, покрытые хромоникелевой шпинелью - прототипа, - от =0,928 до =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 () 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.
Формула изобретения
Материал покрытия с высокой излучательной способностью, содержащий хромоникелевую шпинель NiCr2O4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбид титана TiC при следующем соотношении компонентов, мас.%: