鋁合金微弧氧化-填料增強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/填料增強樹脂復合涂層。采用光學顯微鏡、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價涂層的隔熱與抗火焰燒蝕性能，用YAG脈沖激光器和CO2激光器評價涂層的抗激光燒蝕性能。
　　鋁合金板(厚1.5mm)表面生長出內(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電壓隨氧化時間從30min延長到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涂覆填料增強樹脂分別獲得微弧氧化/樹脂、微弧氧化/ZrO2增強樹脂及微弧氧化/莫來石空心微球增強樹脂復合涂層。涂覆

3、時液態(tài)樹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脂增強外層的結(jié)合強度。
　　隔熱測試表明試樣暴露在450℃恒溫6min時，鋁合金的隔熱溫度最低為205℃，微弧氧化層則提高到230℃；底層涂加填料增強樹脂外層后，顯著提高隔熱溫度，微弧氧化/樹脂、微弧氧化/ZrO2樹脂及微弧氧化/莫來石空心微球樹脂復合層隔熱溫度分別為222℃、212℃和240℃。低熱導率的Al2O3陶瓷底層起到一定的隔熱作用，外樹脂層中莫來石空心

4、微球?qū)嵯禂?shù)更低，微弧氧化/莫來石空心微球樹脂復合涂層的隔熱性能最好。
　　燒蝕試驗表明，在2200℃氧-乙炔焰下持續(xù)5s，鋁合金燒蝕區(qū)域嚴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裂紋，具有很強的抗火焰燒蝕性能；微弧氧化/樹脂層質(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/微球填料樹脂復合涂層

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；復合涂層燒蝕區(qū)域背面均無變化，微弧氧化/微球填料增強樹脂復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/樹脂層為1662℃，微弧氧化/ZrO2樹脂層為1675℃，微弧氧化/微球樹脂層為1859℃，空心微球填料樹脂層隔熱性能最好，其隔熱性能與450℃靜態(tài)隔熱測試結(jié)果基本一致。
　

6、　在YAG脈沖激光輻照時，隨功率從2000W增大到8000W，激光輻照區(qū)域燒蝕越嚴重，特別是激光吸收系數(shù)較高的樹脂復合涂層；鋁合金在激光功率<6000W輻照時區(qū)域背面無變化，8000W時在背面出現(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/樹脂及微弧氧化/ZrO2填料增強樹脂涂層均在8000W時背面出現(xiàn)微斑凸起，而微弧氧化/莫來石空心微球樹脂層背面無變化。在3000W連續(xù)CO2激光以100