СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕТОПОГЛОЩАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ
METHOD OF MAKING LIGHT ABSORBING COATING

Изобретение относится к способам получения светопоглощающих покрытий и может быть использовано при изготовлении элементов оптико-электронных приборов, систем пассивной термической защиты космических аппаратов, шторок телескопов и солнечных коллекторов.
2
Известен способ изготовления светопоглощающего покрытия на основе оксида хрома(III) [см. патент US 4389464, МПК В23В 15/01 от 21.01.1983]. Способ заключается в электрохимическом нанесении антиотражающего покрытия из раствора, содержащего триоксид хрома 200-400 г/л, кремнефтористоводородную кислоту 1-10 г/л и 2,5-25 г/л молибдат натрия при температуре 24°С, плотности тока 0,19-0,21 А/см в течение 2-4 минут на никелевую поверхность.
Однако минимальное значение коэффициента отражения, которое возможно достичь данным методом, составляет лишь 2%.
Также известен способ изготовления светопоглощающего покрытия на основе оксидированного никеля [см. статью Saxena V., Uma Rani R., Sharma A.K. Studies on ultra high solar absorber black electroless nickel coatings on aluminum alloys for space application // J Appl Electrochem (2010) 40 pp.333-339]. Способ состоит из последовательного проведения процессов обезжиривания образца ультразвуком в трихлорэтилене, щелочной очистки, кислотной очистки, двойном цинковании, химическом осаждении никелевого покрытия и чернения в растворах: азотной кислоты (9М); серной (4М) и азотной кислот (6М); азотной кислоты (1,1М), серной кислоты (0,3М) и перманганата калия (0,1М).
Но минимально достижимое отражение для покрытия равно 0,5% (в растворе серной и азотной кислоты - 2,9%, в растворе азотной кислоты серной кислоты и перманганата калия - 2,9%), а процесс сложно контролируем и зачастую не воспроизводим.
3
2
Наиболее близким способом изготовления свеотопоглощающего покрытия является метод никелевого чернения [см. патент US 4233107, МПК C23F 1/00 от 11.11.1980]. Способ получения светопоглощающего покрытия включает проведение операций химической подготовки поверхности, химического осаждения никелевого покрытия из водного раствора хлорида, либо сульфамата никеля (30-60 г/л), гипофосфита натрия (1-10 г/л), гидроксиацетата натрия (50-75 г/л) и борной кислоты (1-5 г/л); и дальнейшего травления в водном растворе азотной кислоты (HNO:HO 1:5) при температуре 50°С с последующей промывкой и просушкой образца.
Однако минимально достижимое значение коэффициента отражения светопоглощающего покрытия, полученного данным способом, достигает всего лишь 0,4-0,55% в диапазоне длин волн 300-800 нм. К тому же процесс травления в растворе азотной кислоты при повышенной температуре проходит за короткое время (5-15 секунд), что существенно снижает контролируемость процесса и воспроизводимость результата.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа изготовления светопоглощающего покрытия, позволяющего получить поверхность с коэффициентом отражения 0,1-0,25% в видимом диапазоне длин волн (300-800 нм) с высокой степенью воспроизводимости результата.
Технический результат состоит в том, что разработанный способ изготовления светопоглощающего покрытия позволяет уменьшить минимально достижимый коэффициент отражения покрытия до 0,1-0,25% в видимом диапазоне длин волн, а также увеличить контролируемость процесса травления и воспроизводимость результата на стадии чернения покрытия.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения светопоглощающего покрытия, включающем последовательное проведение операций химической подготовки поверхности, нанесения никелевого покрытия из раствора, содержащего ионы никеля, гипофосфит-ионы и последующее чернение полученного никелевого покрытия, согласно изобретению чернение никелевого покрытия проводят в три стадии, при этом на первой и третьей стадиях чернение осуществляют в водном растворе травителя, содержащем азотную кислоту, ортофосфорную кислоту и уксусную кислоту, а на второй стадии - в водном растворе травителя, содержащем сульфат церия и соляную кислоту.
Применение многостадийного чернения поверхности растворами селективных травителей позволяет получить покрытия с коэффициентом отражения до 0,1-0,25% в диапазоне длин волн падающего света 300-800 нм.
Пример. Процесс изготовления светопоглощающего покрытия проходит следующим образом:
1) проводят химическую подготовку поверхности образца промывкой в ацетоне в течение 5 мин и обезжириванием в растворе NaOH (5%) в течение 10 мин при комнатной температуре;
2) для нанесения никелевого покрытия образец помещается в раствор химического никелирования, состоящий из сульфата никеля 20 г/л (в пересчете на никель), гипофосфита натрия 10 г/л, ацетата натрия 4 г/л (в пересчете на металл), лимонной кислоты 10 г/л и уксусной кислоты 5 г/л, при температурах 85-90°С, рН 4,0-5,0, в течение 6 ч с последующей промывкой в дистиллированной воде и сушкой;
3) первая стадия чернения покрытия проводится в водном растворе ортофосфорной кислоты (10% мас.), уксусной кислоты (40% мас.), азотной кислоты (10% мас.) в течение 5 минут при комнатной температуре, с последующей промывкой в дистиллированной воде;
4) вторая стадия чернения осуществляется в водном растворе сернокислого церия (10% мас.) и соляной кислоты (10% мас.) при комнатной температуре в течение 5 минут, с последующей промывкой в дистиллированной воде;
5) третья стадия чернения осуществляется в водном растворе ортофосфорной кислоты (10% мас.), уксусной кислоты (40% мас.), азотной кислоты (10% мас.) в течение 5 минут при комнатной температуре, с последующей промывкой в дистиллированной воде и просушкой.
Проведение вышеуказанного процесса позволяет получить светопоглощающее покрытие с минимальным коэффициентом отражения, равным 0,1-0,25%, в видимом диапазоне длин волн.
Измерение диффузного коэффициента отражения покрытия проводили на интегрирующей сфере Labsphere RTC-060-SF, снабженной источником излучения KI-120. Значения коэффициента отражения полученного покрытия в зависимости от длины волны падающего света продемонстрированы в таблице 1.
Таблица 1
Длина волны падающего света, нм
Коэффициент отражения, %
300
0,2457
350
0,1938
400
0,1389
450
0,0992
500
0,1022
550
0,1175
600
0,1282
650
0,1389
700
0,1572
750
0,1892
800
0,2365
По описанной технологии были изготовлены покрытия с коэффициентом отражения 0,1-0,25% в диапазоне длин волн 300-800 нм. Применение предложенного способа позволило воспроизводимо получать покрытия с заданными оптическими свойствами.