Al-12Si合金表面CPED熱防護涂層組織與性能的研究.pdf

1、本文采用納米微結構材料（ZrO2納米棒、碳納米管）誘導陰極等離子體放電，通過陰極等離子體電解沉積（Cathodic Plasma Electrolytic Deposition,CPED）技術在Al-Si合金表面制備改性的熱防護涂層。研究ZrO2納米棒、碳納米管及氯鉑酸對CPED陶瓷層組織形貌、物相、斷裂韌性、抗彎強度、隔熱性能和熱沖擊性能的影響，探究組織及性能演變規(guī)律，并探討其參與CPED過程的成膜機理；研究預制阻擋膜對CPED成膜過

2、程、微觀形貌、物相和隔熱性能的影響及等離子體放電行為和機理。通過SEM和XRD分別對陶瓷層的形貌特征及物相組成進行表征；采用渦流測厚儀、電子萬能試驗機、自制隔熱測試裝置及熱沖擊設備分別對陶瓷層的厚度、斷裂韌性、隔熱性能和抗熱沖擊性能進行評價；運用高速視頻攝像機獲取等離子體火花放電狀態(tài)，通過ANSYS軟件模擬放電通道內及附近區(qū)域的溫度場分布，研究等離子體放電機理。
　　本研究主要內容包括：⑴通過ANSYS軟件模擬計算發(fā)現，CPED制

3、備涂層過程中等離子體放電通道內部的溫度明顯高于PEO(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)制備涂層過程中等離子體放電通道內的溫度，但均超過5500℃。CPED等離子放電比PEO等離子體放電產生更高的能量、反應更為劇烈。⑵通過對預制膜厚度的研究發(fā)現，預制膜厚度為9μm時，陶瓷涂層的放電通道數目更多、涂層更為均勻，較快出現高溫穩(wěn)定相Zr3Y4O12，可以更好地促進等離子體放電，隔熱性能更好。⑶與傳統(tǒng)電解液相比

4、，ZrO2納米棒、碳納米管及氯鉑酸的加入可以降低起弧電壓，促進陰極等離子體微弧放電，提高陶瓷涂層表面放電通道數目；由XRD圖譜分析可知，涂層主要物相有α-Al2O3、SiO2、t-ZrO2和 Zr3Y4O12；隨著氯鉑酸濃度的增大，Pt的衍射峰增強，涂層中Pt顆粒的含量增加。⑷隨著引入的ZrO2納米棒水熱時間的增長，CPED陶瓷涂層隔熱性能提高；隨著電解液中加入碳納米管濃度的增加，CPED陶瓷層的隔熱溫度先升高再降低；而隨著加入氯鉑酸濃

5、度的增大，涂層隔熱溫度先呈現上升的趨勢，達到0.16g/L濃度時隔熱溫度基本保持不變。500次熱沖擊性能測試結果表明，CPED陶瓷涂層均具備較好的熱沖擊性能。⑸與普通的鋯釔鹽體系相比，引入 ZrO2納米棒、碳納米管、氯鉑酸，可以提高陶瓷涂層的韌性。隨著引入的氧化鋯納米棒水熱時間的增長，涂層的斷裂韌性先增大后減小，引入水熱24h條件下的氧化鋯納米棒得到的CPED陶瓷涂層的斷裂韌性更優(yōu)；隨著碳納米管濃度的增加，CPED陶瓷涂層的斷裂韌性提高