ZrO2纳米颗粒对PEO涂层微观结构及热物理性能的影响

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(0.13 W/(K·m))特性.当ZrO2的质量浓度为3 g/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(0.7 mm2/s),热导率最高(0.42 W/(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.