Ir表面HfO2涂层的制备及其性能研究

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C/C复合材料高温强度高、密度低,适合应用于高超声速飞行器的翼前缘和鼻锥,但是其在高温有氧环境会发生氧化失效。Ir熔点很高、氧渗透率极低,是C/C复合材料很好的抗氧化耐高温防护陶瓷涂层。但是,Ir涂层热辐射率低,辐射冷却效果较差,在气动加热情况下,较低工况时涂层表面温度就可能超过其熔点,而且铱在高温有氧环境中仍然会氧化挥发,使用寿命有限。在铱涂层表面制备一层高热辐射率HfO2陶瓷涂层,可改善辐射冷却效果,降低Ir涂层和基体温度,而且可以减缓Ir的氧化挥发,延长其使用寿命。  本文开展了 Ir涂层表面等离子喷涂法制备 HfO2涂层和电泳沉积-烧结法制备HfO2-Y2O3(HYO)复合涂层的研究,结论如下:  (1)采用手工造粒法、热处理工艺制备了适合等离子喷涂的 HfO2粉末,可以在Q235低碳钢上用等离子喷涂法制备HfO2涂层。但是因为Ir涂层硬度太大,不适合在其上面直接等离子喷涂HfO2涂层。  (2)采用球磨混合-预烧结-球磨破碎法制备了适合电泳沉积的 HYO复合粉末,合适的电泳工艺为在HYO粉末和I2浓度均为2.4g/L、溶剂为乙酰丙酮的均匀悬浮液中60V恒压电泳沉积,用此电泳沉积工艺获得了较均匀致密的HYO涂层生坯。  (3)合适的HYO涂层生坯烧结工艺为慢速升温1800℃真空烧结2h,用此烧结工艺制备了较致密、与Ir涂层结合较好的HYO涂层。通过反复电泳沉积-烧结可以进一步提高HYO涂层的的致密度和HYO/Ir涂层之间的结合强度。  (4)经四个电泳沉积-烧结周期制备的HYO涂层平均结合强度达到20.8MPa,能承受25℃-1250℃热震三次,满足使用要求。HYO涂层的热辐射率随温度升高而增大,在400℃时热辐射率达到0.69,远高于Ir涂层的热辐射率。采用氧乙炔焰喷烧样品,在烧蚀距离为10mm时,制备了HYO/Ir涂层的样品表面温度要比只有Ir涂层的样品表面温度低约400℃。风洞考核结果表明,在相同实验条件下,相对于Ir涂层,HYO涂层可使热端模拟件驻点温度降低600℃。
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