CC BY
33
УДК 546.06
О. П. Баринова1*, О. О. Васильков1**, В.М. Просвириков2, С.В. Токарь2.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская площадь, дом 9.
* e-mail: opbar@rambler.ru; ** e-mail: vasilkov.oleg@yandex.ru
2ОАО «Композит». Королев, Россия, Московская область, ул. Пионерская д.4.
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМОНИКЕЛЕВОЙ ШПИНЕЛИ NiCr2O4
Низкотемпературным методом синтезирован хромит никеля NiCr2O4, принадлежащей к структурному типу шпинели Fd3m. На его основе изготовлены терморегулирующие покрытия, исследованы спектры диффузного отражения и рассчитаны коэффициент поглощения солнечного излучения (As = 0,948-0,949) и коэффициент излучения (е = 0,929-0,931).
Ключевые слова: хромоникелевая шпинель NiCr2O4, терморегулирующие покрытия, спектральные характеристики, коэффициент поглощения солнечного излучения, коэффициент излучения.
Кристаллические порошки хромоникелевой шпинели представляют интерес для создания терморегулирующих покрытий (ТРП) с высокой излучательной способностью для деталей космических аппаратов, работающих под тепловой нагрузкой в высоком вакууме [1,2]. Перспективность создания терморегулирующих покрытий на основе NiCr2O4 определяется уникальным сочетанием высокой излучательной способности (не менее 0,87 в интервале температур 538-1150 °С), высокой термостойкости (температура плавления 1900 °С) и достаточно высокой микротвердости [2]. При исследовании диаграммы состояния NiO-Cr2O3 установлено образование одного соединения состава NiCr2O4, наличие полиморфных модификаций хромита никеля [4]. Для хромита никеля изучены некоторые физико-химические свойства [4,5,6,7]. Для функциональных свойств ТРП существенное значение имеют спектральные характеристики: коэффициента поглощения солнечного излучения As и коэффициент излучения е, которые определяют эффективность работы покрытия [1], поэтому их исследования актуальны.
Целью настоящей работы является исследование особенностей спектральных характеристик
терморегулирующих покрытий на основе NiCr2O4 в жидкостекольных композициях.
Синтез хромита никеля NiCr2O4 проводился с использованием оксида никеля NiO марки «ч» (ТУ 6-095095), оксид хрома (III) Cr2O3 марки «чда» (ТУ 6-094272). Фазовый состав кристаллического порошка хромоникелевой шпинели определяли методом рентгеновского фазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-3 (CuKa=1.5418 А, никелевый фильтр), с проведением расчета параметров элементарной ячейки и рентгеновской плотности. Гранулометрический состав порошков исследовали на лазерном анализаторе размера частиц Mastersizer micro фирмы Malvern Instruments, морфологию и размер - на электронном микроскопе (Jeol JSM-6510LV). Измерение спектров диффузного отражения для расчета коэффициентов As и е проводили на спектрофотометре «MPS-2000» с многоцелевой приставки RTA-2000 и интегрирующей сферы.
Для получения терморегулирующих покрытий была синтезирована опытная партия кристаллических
порошков хромита никеля МСг204. Синтезированный кристаллический хромит никеля №Сг204 по данным рентгеноструктурного анализа принадлежит к структурному типу шпинели, пространственная группа Fd3m и имеет характеристические рентгеновские рефлексы 2,50 А°, 2,94 А°, 1,60 А°. Рассчитанный параметр элементарной ячейки синтезированного хромита никеля составляет а = 8,30 А°, а рентгеновская плотность имеет величину р = 5,26 г/см3. Исследование морфологии синтезированного МСг204 с помощью электронной микроскопии показало, что МСг204 имеет преимущественное огранение в виде октаэдра, что соответствует его структурному типу РсВт (рис.1).
Рис.1. Морфология кристаллического порошка МСг204.
Для формирования лакокрасочных
терморегулирующих покрытий существенное значение имеет гранулометрический состав кристаллических порошков NiG2O4. Установлено, что средний размер частиц составляет 20,36 мкм распределение частиц по фракциям: менее 0-20 мкм - 63,65%, 20-40 мкм -30,81%, 40-60 мкм - 5,18% и более 60-80 мкм - 0,36% (табл.1.). Для формирования хорошего лакокрасочного покрытия необходимо, чтобы размер частиц составлял менее 40 мкм. В опытной партии частицы NiG2O4 размером менее 40 мкм составляют 94,46%, причем частицы менее 20 мкм составляют 63,65%, что должно обеспечить получения качественного
терморегулирующего покрытия.
Таблица. 1. Зерновой состав кристаллических
порошков №Сг2Р4.
Размер частиц, мкм 0-20 20-40 40-60 60-80
Фракционный состав, % 63,65 30,81 5,18 0,36
Для исследования спектральных характеристик получены три варианта (табл.2) терморегулирующие покрытия на основе хромоникелевой шпинели МСг204 и жидкостекольных композиций, отличающихся по составу введенных добавок, улучшающих адгезию.
Таблица. 2. Коэффициенты поглощения солнечного
Наименование образца Номер образца As £
Покрытие черное АС + №Сг204 1 0,948 0,929
Покрытие черное АС + №Сг204 2 0,949 0,931
Покрытие черное АС + №Сг204 3 0,948 0,930
Измерения спектров дифс эузионного отражения в
диапазоне 200-2500 нм проводили на сформированных ТРП, нанесенных на подложку в виде квадрата 40 на 40 мм, толщина покрытия от 80 до 100 мкм (рис.2). На основании спектра диффузного отражения были рассчитаны коэффициент поглощения солнечного излучения Л8 и коэффициент излучения (степень черноты) е. Для расчета Л8 использовалось известное соотношение и данные по спектральной плотности заатмосферного солнца:
As 1 Rs -
>W ttJVt
J(l-R(A))xS(A)(U
00 нм_
2500 нм
jsUKU
(1)
где R(X) - спектральный коэффициент отражения, S(X) - спектральная плотность заатмосферного солнца.
As=0 914, Б=0,90
400 800 1200 X нм 1600 2000 2400
Рис.2.Спектры диффузного отражения покрытий на основе М&^ф Результаты измерений и расчета показали, что коэффициент поглощения излучения Л8 составляет от 0,948 до 0,949 (табл.2.); коэффициент излучения (степень черноты) е составляет от 0,950 до 0,952 в зависимости от состава лакокрасочной композиции.
Таким образом на основе хромоникелевой шпинели по лакокрасочной технологии получены терморегулирующих покрытия с высокой степенью черноты.
Баринова Ольга Павловна к.т.н., доцент кафедры общей технологии силикатов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Васильков Олег Олегович аспирант кафедры общей технологии силикатов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Просвириков Василий Михайлович начальник лаборатории ОАО «Композит», Россия, Королев Токарь Сергей Вячеславович зам. начальника отдела 0654 ОАО «Композит», Россия, Королев
Литература
1. Абрамович Б.Г. Интенсификация теплообмена излучением с помощью покрытий - М.: Энергия, 1977. - 256с.
2. Мосиенко С. А. Материал покрытия с высокой излучательной способностью // Патент России № 2262552. 2005.
3. Тимохин Н.Н., Нерсесян М.Д., Боровинская И.П. Шихта для получения пигмента черного цвета // Патент России № 2029746. 2005.
4. Иванов В.В., Ульянов А.К., Шабельская Н.П. Ферриты-хромиты переходных элементов: синтез, структура, свойства / Москва: Изд.-во "Академия Естествознания", 2013. - 69 с.
5. R. K. Singh, A. Yadav, A. Narayan, A. K. Singh, L. Verma, R. K. Verma. Thermal, structural and magnetic studies on
chromite spinel synthesized using citrate precursor method and annealed at 450 and 650°C // J. Therm. Anal. Catorim. -2011. - V.107, № 1. - P. 197-204.
6. Ptak M., Maczka M., Gagor A., Pikul A., Macalik L., Hanuza J. Temperatures-dependent XRD, IR, magnetic, SEM and
TEM studies of Jahn-Teller distorted NiC^ powders // Journal of Solid State Chemistry - 2013 V. 201. - P. 270-279.
7. S. N. Li, Y. Chen, Ch. Hu, C. Hsieh, S Lo. Stabilization of nickel-laden sludge by a high-temperature NiCr2O4 synthesis
Process // J. Haz. Mat. - 2011. - V.198 - P. 356-361.
Barinova Ol'ga Pavlovna1*, Vasil'kov Oleg Olegovich1**, Prosvirikov Vasilii Mihailovich2, Tokar' Sergei Vyacheslavovich2.
'D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: opbar@rambler.ru; ** e-mail: vasilkov.oleg@yandex.ru 2JSC «Composite». Korolev, Moscow region, Russia.
INVESTIGATION OF THE SPECTRAL CHARACTERISTICS OF THERMOSTATIC COATINGS BASED ON CHROMIUM-NIKEL SPINEL NiCr2O4.
Abstract. A low temperature method of synthesized nickel chromite NiCr2O4 belonging to the structural type of spinel Fd3m. On the basis of temperature-control coatings are made, studied diffuse reflectance spectra and calculated the absorption coefficient of solar radiation (As = 0,948-0,949) and emissivity (e = 0,929-0,931).
Key words: chromium-nikel spinel NiCr204, absorption coefficient, emission coefficient.
thermostatic coatings, spectral characterictics, solar radiation
200 нм
