ZrO₂纳米颗粒对PEO涂层微观结构及热物理性能的影响

作者：李国栋; 齐少豹; 朱剑威; 李志杰; 马飞; 李光; 夏原

来源：表面技术, 2022, 51(02): 375-383.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.02.038

• 等离子体电解氧化
• 防护涂层
• ZrO2
• 热物理性能
• 高硅铝合金:多孔结构

目的 提高PEO涂层的热物理性能。方法 以活塞主流材料——高硅铝合金（ZL109）为基体，在硅酸盐系电解液中，添加不同浓度的ZrO2纳米颗粒，制备一系列ZrO2/Al2O3复合PEO涂层，并通过涡流测厚仪、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射仪（XRD）分析ZrO2纳米颗粒对涂层生长、微观形貌、元素组成及晶相结构的影响规律。利用差式扫描热量仪（DSC）、激光导热仪（LFA）等设备探究各涂层的热物理性能。结果 在PEO放电过程中，添加ZrO2纳米颗粒使陶瓷膜两侧的击穿电压下降，当ZrO2的质量浓度达到9 g/L时，击穿电压的下降幅度达30 V。ZrO2能抑制陶瓷层中α-Al2O3晶体的生长，同时受放电能量的影响，涂层中的c-ZrO2结晶度先增高、后降低。当ZrO2的质量浓度为1.5 g/L时，涂层的微观形貌呈大孔嵌套小孔的“蜂巢”结构，并使涂层具有显著的低导热(0.13W/（K·m）)特性。当ZrO2的质量浓度为3g/L时，涂层表面出现显著的微裂纹，开放型孔洞增加，热扩散系数增大（0.7mm2/s），热导率最高(0.42W/（K·m）)。结论 ZrO2的引入可以显著改变涂层的微观结构和热物理性能，当ZrO2含量控制在一定量时，复合PEO涂层呈封闭型微孔结构，有助于降低涂层的比热容、热导及热扩散系数。

• 单位
  中国科学院大学; 潍柴动力股份有限公司; 中国科学院力学研究所