论文部分内容阅读
本文用微弧氧化法在铸造铝合金Al12Si1Cu0.2Ni0.2Mg表面制备了Al2O3-ZrO2及Al2O3-Y2O3-ZrO2复合热障层。通过正交试验及单因素变量法分析不同电参数与不同电解液成分及浓度对陶瓷层表面性能的影响,并通过FEI-Quanta400型环境扫描电镜和X射线衍射仪观察分析涂层的显微组织形貌及相组成,通过TT260型数字式涡流测厚仪、拉伸试验机及隔热测试装置测试热障层的厚度、结合力及隔热温度。试验结果表明：锆盐电解液体系中,随溶液浓度的增大,热障陶瓷层的厚度和隔热温度均呈现先升后降的趋势,而起弧电压则随浓度的升高而降低。K2ZrF6-KOH体系中两者含量均为6g/L时,陶瓷层厚度为63.5μm、隔热温度为45.9℃。K2ZrF6-KOH-Y(NO3)3中随Y(NO3)3含量的增大,膜层厚度与隔热温度呈先升后降的趋势。Y(NO3)3含量为0.05g/L时陶瓷层厚度为89.95μm、隔热温度为53.4℃。通过对电源参数工艺的研究发现,膜层的厚度与隔热温度随电流密度的增大而减小,随占空比增大而增大,随正脉冲个数、频率的增大呈先增加后减小的趋势。在占空比30%、频率300Hz、电流密度10A/dm2、正脉冲15时,陶瓷层表面性能更优。K2ZrF6-KOH膜层中的主要相组成有t-ZrO2、m-ZrO2、a-Al2O3、γ-Al2O3,其中t-ZrO2含量高于m-ZrO2,这是在反应过程中在高温下生成的a-A1203起到稳定t-Zr02的作用。而K2ZrF6-KOH-Y(NO3)3中出现c-Y0.15Zr0.85O1.93和Y2O3, Y2O3能与Zr02高温下发生固溶从而起到稳定Zr02作用。锆盐体系与锆盐-钇盐复合体系热震150次陶瓷层表面无裂纹。膜层与基体的结合强度分别为达到18.88MPa和18.244MPa,涂层并未破损。所以复合热障涂层有很好的结合强度和抗震效果。热障层厚度、导热系数、空隙率以及相组成对隔热温度的影响的计算表明：热障层隔热温度随着层厚的增加而增加,但二者并不成严格的正比关系。热障层材料结构中孔隙分布和孔隙率会对隔热产生影响。当孔隙裂纹平行于表面时,由于与热流方向垂直,所以能有效的阻断热流传输,大幅度降低导热率。而垂直于热流方向的空隙则对隔热帮助不大。应用有限元软件ANSYS,选择solid70热结构单元模拟计算了不同热障层厚度、导热系数、热端换热系数和加载温度对热障层隔热效果的影响,并分析了原因。铝合金基体与涂层结合处由于热膨胀系数的不匹配加载温度时出现热应力。对比分析了引起温度场变化因素对基体热障层应力场的影响,总结了变化规律