金属基陶瓷涂层的制备及耐磨、耐腐蚀性能研究

论文摘要

现代科学和技术的发展,工业生产对材料性能的要求愈来愈高。由于工程机械等工作条件日益苛刻,要求材料具有耐腐蚀,耐磨损等性能,以致单纯的金属材料难以满足要求。而陶瓷材料具有良好的耐磨性及耐腐蚀性,因此,用一定的工艺方法将陶瓷均匀地涂覆在基底金属（或合金）材料表面,得到的复合材料既具有金属的优良物理机械性能,又兼具陶瓷材料上述的各项优点。因此,该研究方向受到高度重视,成为新的研究热点。本文主要研究了金属基陶瓷涂层的制备方法,并对所制备的样品进行了耐磨、耐腐蚀性能方面的测试。本研究主要使用了电泳沉积技术和搪瓷技术,通过对制备过程各参数的研究分析,总结得到金属基陶瓷涂层最佳的制备条件。论文所做的主要工作叙述如下:1、使用无机盐水解法制备了氧化铝溶胶,利用溶胶所具有的电泳特性,使用电泳沉积法在不锈钢基体上制备了氧化铝胶体颗粒,沉积得到的样品经低温煅烧后得到氧化铝陶瓷涂层。实验结果表明:制备溶胶时所选择的分散介质、溶胶浓度、电泳沉积时间和煅烧制度均会影响所制备样品的耐腐蚀性能。结果表明,将不锈钢片置于以乙醇作分散介质的0.45mol/L氧化铝溶胶中,在60V的恒电位下沉积180s后,于马弗炉中800℃下煅烧5min,所得到的氧化铝陶瓷涂层具有较好的耐腐蚀性能,所制备样品在2mol/L盐酸中的腐蚀速率为0.27g/（cm2·h）。但是,该方法存在基体与涂层热膨胀系数差异大,在煅烧时易发生开裂的问题。2、搪瓷技术在制备陶瓷涂层时效果理想。本课题设计了底釉和面釉两种配方,底釉能够与不锈钢基体有效结合以缓解热膨胀系数方面的差异,而面釉则可以通过调整配方组成来达到耐磨、耐腐蚀的性能要求。本课题研究了微晶面釉（MgO-Al2O3-SiO2系统）的配方设计及烧成制度。实验发现:B2O3在微晶面釉配方中,既能起到网络结构形成体的作用,同时其本身又是一种强助熔剂,可降低面釉的烧成温度。3、根据实验总结的最佳微晶配方来制备样品,并对样品进行一系列的性能测试。测试结果表明,烧成制度对微晶材料的析晶性能影响较大。实验总结出最适合此微晶面釉的烧成制度为:样品在800℃直接煅烧5min后立即取出。在此条件下制备的样品,其在2mol/L盐酸中的腐蚀速率为0.15g/（cm2·h）;当承重360g时,微晶样品表面才会出现划痕。这两项数据同比不锈钢基体及使用其他方法所制备样品的测试数据,均有较大程度提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 金属基陶瓷涂层的发展现状
• 1.3 金属基陶瓷涂层的制备方法
• 1.3.1 热喷涂技术
• 1.3.2 气相沉积技术
• 1.3.3 高温点热源扫描技术
• 1.3.4 真空液相烧结技术
• 1.3.5 复合镀层
• 1.3.6 溶胶-凝胶技术
• 1.3.7 自蔓延高温合成技术
• 1.3.8 原位反应法
• 1.3.9 胶粘技术
• 1.3.10 电泳沉积技术
• 1.3.11 搪瓷涂覆技术
• 1.4 电泳沉积技术概述
• 1.4.1 电泳沉积基本原理
• 1.4.2 电泳沉积各种功能陶瓷
• 1.4.2.1 生物陶瓷
• 1.4.2.2 耐磨﹑耐高温陶瓷
• 1.4.2.3 超导陶瓷
• 1.4.3 电泳沉积功能陶瓷的影响因素
• 1.4.3.1 电流和电压
• 1.4.3.2 分散介质
• 1.4.3.3 电泳液的浓度
• 1.4.3.4 电泳液的pH 值
• 1.5 微晶搪瓷技术概述
• 1.5.1 搪瓷的性能及特点
• 1.5.2 微晶玻璃的特点
• 1.5.3 微晶玻璃/金属复合材料的研究现状
• 1.6 课题的提出和目的意义
• 第2章 电泳沉积氧化铝陶瓷涂层的制备及耐腐蚀性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂、原料和仪器
• 2.2.1 实验所用试剂
• 2.2.2 实验原料
• 2.2.3 实验所用仪器
• 2.3 实验所需试剂的配制及基板的预处理
• 2.3.1 2mol/L HCl 溶液的配制
• 3 溶液的配制'>2.3.2 2mol/L HNO₃溶液的配制
• 3·H₂O 溶液的配制'>2.3.3 质量分数为2.5%的NH₃·H₂O 溶液的配制
• 2.3.4 酸洗、碱洗液的配制
• 2.3.5 基体的预处理
• 2.4 氧化铝陶瓷涂层的制备
• 2.4.1 实验流程
• 2.4.2 AlOOH 溶胶的制备
• 2.4.2.1 以乙醇作分散介质的AlOOH 溶胶的制备
• 2.4.2.2 AlOOH 溶胶的检验
• 2.4.3 AlOOH 溶胶的电泳沉积
• 2O₃ 陶瓷涂层的烧结'>2.4.4 Al₂O₃陶瓷涂层的烧结
• 2.5 样品的性能表征
• 2.5.1 X 射线衍射测试
• 2.5.2 扫描电镜测试和能谱测试
• 2.5.3 耐酸腐蚀性能测试
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 AlOOH 溶胶的电泳沉积
• 2.6.2 电沉泳积参数分析
• 2.6.3 涂层的晶相结构与元素成分分析
• 2.6.4 涂层表面形貌分析
• 2.6.5 涂层表面形貌结合能谱分析
• 2.6.6 耐腐蚀性能分析
• 2.6.6.1 分散介质对样品耐腐蚀性能的影响
• 2.6.6.2 溶胶浓度对样品耐腐蚀性能的影响
• 2.6.6.3 电泳沉积时间对样品耐腐蚀性能的影响
• 2.6.6.4 烧成制度对样品耐腐蚀性能的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 搪瓷法制备耐磨、耐腐蚀陶瓷涂层及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验所用试剂、原料和仪器
• 3.2.1 实验所用试剂
• 3.2.2 实验原料及化学组成
• 3.2.3 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 实验流程
• 3.3.2 酸洗、碱洗液的配制和基体的预处理
• 3.3.3 熔块釉的设计
• 3.3.4 原料的称取和熔块的熔制
• 3.3.5 熔块的球磨和浆料的喷涂
• 3.3.6 烧成制度
• 3.4 测试方法
• 3.4.1 耐腐蚀性能测试
• 3.4.2 抗机械冲击测试
• 3.4.3 抗热震测试
• 3.4.4 硬度测试
• 3.4.5 耐磨性测试
• 3.4.6 流动板测试
• 3.5 陶瓷涂层配方的设计
• 3.5.1 底釉的设计
• 3.5.2 耐酸面釉的设计
• 3.6 实验结果讨论
• 3.6.1 底釉流动板测试结果
• 3.6.2 耐酸面釉熔制结果
• 3.6.3 面釉最佳烧成制度的确定
• 3.6.4 耐腐蚀性能测试
• 3.6.5 硬度测试
• 3.6.6 耐磨性能测试
• 3.7 本章小结
• 第4章 氟金云母微晶涂层的制备及耐磨、耐腐蚀性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验所用试剂、原料和仪器
• 4.2.1 实验所用试剂
• 4.2.2 实验原料及化学组成
• 4.2.3 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 实验流程
• 4.3.2 酸洗、碱洗液的配制和基板的预处理
• 4.3.3 熔块釉的设计
• 4.3.4 原料的称取和熔块的熔制
• 4.3.5 熔块的球磨和浆料的喷涂
• 4.3.6 烧成制度
• 4.4 测试方法
• 4.4.1 耐腐蚀性能测试
• 4.4.2 硬度测试
• 4.4.3 耐磨性测试
• 4.4.4 流动板测试
• 4.4.5 X 射线衍射测试
• 4.4.6 扫描电镜观察
• 4.4.7 热分析测试
• 4.4.8 金相显微镜观察
• 4.5 微晶面釉配方的设计
• 4.6 微晶面釉配方分析
• 4.6.1 各配方的熔制及流动板实验分析
• 4.6.2 MW-2 和MW-5 的热分析
• 4.7 MW-5 微晶面釉最佳烧成制度的确定
• 4.7.1 烧成制度对样品外观形貌的影响
• 4.7.2 烧成制度对样品耐腐蚀性能的影响
• 4.7.3 烧成制度对样品硬度的影响
• 4.7.4 烧成制度对样品耐磨性的影响
• 4.7.5 烧成制度对样品表面析晶的影响
• 4.7.6 最佳烧成制度总结
• 4.8 MW-5 微晶面釉的结构分析
• 4.8.1 XRD 测试分析
• 4.8.2 SEM 测试分析
• 4.9 本章小结
• 总结
• 今后研究工作设想
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学位论文