鋁合金微弧氧化-填料增強(qiáng)PFR防熱涂層的制備與損傷行為.pdf

1、本文采用微弧氧化及涂覆復(fù)合工藝，在LY12鋁合金表面制備了具有隔熱、抗火焰燒蝕和抗激光燒蝕的微弧氧化涂層及鋁合金微弧氧化/填料增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合涂層。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)表征涂層的組織結(jié)構(gòu)。用自制隔熱裝置及氧-乙炔燒蝕裝置分別評(píng)價(jià)涂層的隔熱與抗火焰燒蝕性能，用YAG脈沖激光器和CO2激光器評(píng)價(jià)涂層的抗激光燒蝕性能。
　　鋁合金板(厚1.5mm)表面生長(zhǎng)出內(nèi)層致密、外表面多微孔的微弧氧化陶瓷底層，主要由

2、γ-Al2O3組成，表面微孔直徑為3～10μm。隨電壓從500V增加到650V，陶瓷層厚度從7μm增加至32μm，粗糙度從0.430μm增大至2.437μm；600V電壓隨氧化時(shí)間從30min延長(zhǎng)到90min，陶瓷層厚度從15μm增加至31μm，粗糙度從1.032μm增大至2.423μm。在厚且粗糙的微弧氧化陶瓷底層表面通過(guò)涂覆填料增強(qiáng)樹(shù)脂分別獲得微弧氧化/樹(shù)脂、微弧氧化/ZrO2增強(qiáng)樹(shù)脂及微弧氧化/莫來(lái)石空心微球增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合涂層。涂覆

3、時(shí)液態(tài)樹(shù)脂浸入到陶瓷底層粗糙外表面多孔孔隙中，有利于提高底層與填料樹(shù)脂增強(qiáng)外層的結(jié)合強(qiáng)度。
　　隔熱測(cè)試表明試樣暴露在450℃恒溫6min時(shí)，鋁合金的隔熱溫度最低為205℃，微弧氧化層則提高到230℃；底層涂加填料增強(qiáng)樹(shù)脂外層后，顯著提高隔熱溫度，微弧氧化/樹(shù)脂、微弧氧化/ZrO2樹(shù)脂及微弧氧化/莫來(lái)石空心微球樹(shù)脂復(fù)合層隔熱溫度分別為222℃、212℃和240℃。低熱導(dǎo)率的Al2O3陶瓷底層起到一定的隔熱作用，外樹(shù)脂層中莫來(lái)石空心

4、微球?qū)嵯禂?shù)更低，微弧氧化/莫來(lái)石空心微球樹(shù)脂復(fù)合涂層的隔熱性能最好。
　　燒蝕試驗(yàn)表明，在2200℃氧-乙炔焰下持續(xù)5s，鋁合金燒蝕區(qū)域嚴(yán)重熔化變形且有粗大裂紋，微弧氧化涂層只有輕微變形和燒蝕痕且無(wú)裂紋，具有很強(qiáng)的抗火焰燒蝕性能；微弧氧化/樹(shù)脂層質(zhì)量燒蝕率為0.0605g/s，線燒蝕率為-0.0212mm/s；微弧氧化/ZrO2填料樹(shù)脂層質(zhì)量燒蝕率為0.0659g/s，線燒蝕率為0.050mm/s，微弧氧化/微球填料樹(shù)脂復(fù)合涂層

5、在2200℃氧-乙炔火焰下燒蝕持續(xù)25s，質(zhì)量燒蝕率為0.0425g/s，線燒蝕率為0.0478mm/s；復(fù)合涂層燒蝕區(qū)域背面均無(wú)變化，微弧氧化/微球填料增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合涂層抗燒蝕性能最好。燒蝕條件下鋁合金隔熱溫度為1495℃，微弧氧化涂層為1654℃，微弧氧化/樹(shù)脂層為1662℃，微弧氧化/ZrO2樹(shù)脂層為1675℃，微弧氧化/微球樹(shù)脂層為1859℃，空心微球填料樹(shù)脂層隔熱性能最好，其隔熱性能與450℃靜態(tài)隔熱測(cè)試結(jié)果基本一致。
　

6、　在YAG脈沖激光輻照時(shí)，隨功率從2000W增大到8000W，激光輻照區(qū)域燒蝕越嚴(yán)重，特別是激光吸收系數(shù)較高的樹(shù)脂復(fù)合涂層；鋁合金在激光功率<6000W輻照時(shí)區(qū)域背面無(wú)變化，8000W時(shí)在背面出現(xiàn)凸出的燒蝕微斑；微弧氧化涂層在8000W功率下背面完好，具有優(yōu)良的抗激光燒蝕性能；微弧氧化/樹(shù)脂及微弧氧化/ZrO2填料增強(qiáng)樹(shù)脂涂層均在8000W時(shí)背面出現(xiàn)微斑凸起，而微弧氧化/莫來(lái)石空心微球樹(shù)脂層背面無(wú)變化。在3000W連續(xù)CO2激光以100