论文摘要
本文采用微弧氧化及涂覆复合工艺,在LY12铝合金表面制备了具有隔热、抗火焰烧蚀和抗激光烧蚀的微弧氧化涂层及铝合金微弧氧化/填料增强树脂复合涂层。采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征涂层的组织结构。用自制隔热装置及氧-乙炔烧蚀装置分别评价涂层的隔热与抗火焰烧蚀性能,用YAG脉冲激光器和CO2激光器评价涂层的抗激光烧蚀性能。铝合金板（厚1.5mm）表面生长出内层致密、外表面多微孔的微弧氧化陶瓷底层,主要由γ-Al2O3组成,表面微孔直径为3～10μm。随电压从500V增加到650V,陶瓷层厚度从7μm增加至32μm,粗糙度从0.430μm增大至2.437μm;600V电压随氧化时间从30min延长到90min,陶瓷层厚度从15μm增加至31μm,粗糙度从1.032μm增大至2.423μm。在厚且粗糙的微弧氧化陶瓷底层表面通过涂覆填料增强树脂分别获得微弧氧化/树脂、微弧氧化/ ZrO2增强树脂及微弧氧化/莫来石空心微球增强树脂复合涂层。涂覆时液态树脂浸入到陶瓷底层粗糙外表面多孔孔隙中,有利于提高底层与填料树脂增强外层的结合强度。隔热测试表明试样暴露在450℃恒温6 min时,铝合金的隔热温度最低为205℃,微弧氧化层则提高到230℃;底层涂加填料增强树脂外层后,显著提高隔热温度,微弧氧化/树脂、微弧氧化/ ZrO2树脂及微弧氧化/莫来石空心微球树脂复合层隔热温度分别为222℃、212℃和240℃。低热导率的Al2O3陶瓷底层起到一定的隔热作用,外树脂层中莫来石空心微球导热系数更低,微弧氧化/莫来石空心微球树脂复合涂层的隔热性能最好。烧蚀试验表明,在2200℃氧-乙炔焰下持续5s,铝合金烧蚀区域严重熔化变形且有粗大裂纹,微弧氧化涂层只有轻微变形和烧蚀痕且无裂纹,具有很强的抗火焰烧蚀性能;微弧氧化/树脂层质量烧蚀率为0.0605g/s,线烧蚀率为-0.0212 mm/s;微弧氧化/ZrO2填料树脂层质量烧蚀率为0.0659g/s,线烧蚀率为0.050mm/s,微弧氧化/微球填料树脂复合涂层在2200℃氧-乙炔火焰下烧蚀持续25s,质量烧蚀率为0.0425 g/s,线烧蚀率为0.0478 mm/s;复合涂层烧蚀区域背面均无变化,微弧氧化/微球填料增强树脂复合涂层抗烧蚀性能最好。烧蚀条件下铝合金隔热温度为1495℃,微弧氧化涂层为1654℃,微弧氧化/树脂层为1662℃,微弧氧化/ZrO2树脂层为1675℃,微弧氧化/微球树脂层为1859℃,空心微球填料树脂层隔热性能最好,其隔热性能与450℃静态隔热测试结果基本一致。在YAG脉冲激光辐照时,随功率从2000W增大到8000W,激光辐照区域烧蚀越严重,特别是激光吸收系数较高的树脂复合涂层;铝合金在激光功率<6000W辐照时区域背面无变化,8000W时在背面出现凸出的烧蚀微斑;微弧氧化涂层在8000W功率下背面完好,具有优良的抗激光烧蚀性能;微弧氧化/树脂及微弧氧化/ZrO2填料增强树脂涂层均在8000W时背面出现微斑凸起,而微弧氧化/莫来石空心微球树脂层背面无变化。在3000W连续CO2激光以1000mm/min辐照时,微弧氧化层、树脂层、添加ZrO2树脂层辐照区域背面有烧蚀痕且出现平行于扫描方向的长裂纹,空心微球树脂层背面无变化;空心微球树脂层只在500mm/min CO2激光辐照下,背面出现烧蚀痕及微裂纹。当强激光辐照材料时,空心微球受到冲击时会吸收消化冲击强度,使提高抗激光冲击性能。