微弧氧化法Q235钢表面陶瓷膜的制备

论文摘要

本文通过微弧氧化（MAO）方法,分别利用硅酸盐和铝酸盐两种电解液体系在Q235钢基体表面原位生长出一层陶瓷膜,系统研究了陶瓷膜的相组成、表面形貌和截面形貌、表层元素含量和陶瓷膜元素分布;在制备陶瓷膜的基础上,进行了二氧化钛的掺杂,即制备出了含钛氧化物的复合陶瓷膜,并系统研究了电解液组成和各工艺参数对复合陶瓷膜的影响,初步分析了陶瓷膜的生长过程。利用X射线衍射仪（XRD）研究陶瓷膜的相组成,利用扫描电子显微镜（SEM）观察陶瓷膜的表面和截面形貌,利用能谱仪（EDS）检测陶瓷膜表层的元素含量和陶瓷膜元素分布,利用抗热震实验评价陶瓷膜的结合强度。研究表明,Q235钢基体在硅酸盐体系中制备的陶瓷膜主要由铁和硅元素所组成,XRD分析表明陶瓷膜中无晶相物质;陶瓷膜表面呈现出大量且粗糙的圆形堆积物,具有明显的烧结熔融痕迹,残留些类似火山喷发的小孔;陶瓷膜从内到外,硅元素减少,而铁元素增加;当Na2SiO3·9H2O为0.05mol/L,NaH2PO2·H2O为2g/L,峰值电流密度为13A/cm2,电源频率为2000Hz,反应时间为10min时,微弧氧化制备的陶瓷膜外观较为均匀致密,抗热震性能较好。Q235钢基体在铝酸盐体系中,制备出的陶瓷膜主晶相为FeAl2O4,同时还含有非晶态的铁氧化物,表面形貌较硅酸盐体系制备的陶瓷膜致密且均匀;陶瓷膜从内到外,铝元素的变化趋势在减少,而铁元素在增加;当NaAlO2为8g/L,NaH2PO2·H2O为1g/L,峰值电流密度为13A/cm2,电源频率为2000Hz,反应时间为18min时,陶瓷膜较为均匀,但是抗热震性能不如硅酸盐体系制备的陶瓷膜。分别在上述两种电解液体系中,加入粉体二氧化钛,制备出了含钛氧化物的复合陶瓷膜。硅酸盐体系制备出的复合陶瓷膜晶相由A-TiO2和R-TiO2混合组成,而铝酸盐制备出的复合陶瓷膜的主晶相为A-TiO2,两种体系制备的复合陶瓷膜均含有大量的非晶态的铁氧化物。随着二氧化钛加入量的提高,陶瓷膜中的钛元素含量增加显著;而工艺条件对钛元素含量的变化不是很显著。两种体系比较,铝酸盐体系制备的复合陶瓷膜中的钛元素含量更高;铝酸盐体系下,加入15g/L二氧化钛时,复合陶瓷膜中的钛元素含量高达71.0%,而同样条件下硅酸盐体系制备的陶瓷膜中含量为41.6%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 钢铁表面薄膜的制备方法综述
• 1.2.1 液相法
• 1.2.2 物理气相沉积法
• 1.2.3 化学气相沉积法
• 1.2.4 电化学法
• 1.3 微弧氧化技术
• 1.3.1 微弧氧化技术的发展和特点
• 1.3.2 微弧氧化技术的过程
• 1.3.3 黑色金属微弧氧化的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 实验仪器、试剂和材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 微弧氧化装置
• 2.2.2 微弧氧化电源
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 陶瓷膜相组成分析
• 2.3.2 陶瓷膜表面和截面形貌测试
• 2.3.3 陶瓷膜表面元素分析
• 2.3.4 陶瓷膜抗热震性能实验
• 第3章 微弧氧化法陶瓷膜的制备
• 3.1 硅酸盐体系陶瓷膜的制备
• 3.1.1 硅酸盐体系电解液配方的确定
• 3.1.2 硅酸钠浓度对陶瓷膜的影响
• 3.1.3 峰值电流密度对陶瓷膜的影响
• 3.1.4 电源频率对陶瓷膜的影响
• 3.1.5 反应时间对陶瓷膜的影响
• 3.2 铝酸盐体系陶瓷膜的制备
• 3.2.1 铝酸盐体系电解液配方的确定
• 3.2.2 铝酸钠浓度对陶瓷膜的影响
• 3.2.3 峰值电流密度对陶瓷膜的影响
• 3.2.4 电源频率对陶瓷膜的影响
• 3.2.5 反应时间对陶瓷膜的影响
• 3.3 陶瓷膜的抗热震实验分析
• 3.3.1 抗热震实验温度的确定
• 3.3.2 硅酸盐体系制备的陶瓷膜抗热震实验分析
• 3.3.3 铝酸盐体系制备的陶瓷膜抗热震实验分析
• 3.4 陶瓷膜生长过程分析
• 3.4.1 硅酸盐体系陶瓷膜生长过程分析
• 3.4.2 铝酸盐体系陶瓷膜生长过程分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 含钛氧化物复合陶瓷膜的制备
• 4.1 硅酸盐体系含钛氧化物复合陶瓷膜的制备
• 4.1.1 硅酸盐体系含钛氧化物复合陶瓷膜的制备
• 4.1.2 二氧化钛用量对复合陶瓷膜的影响
• 4.1.3 硅酸钠浓度对复合陶瓷膜的影响
• 4.1.4 峰值电流密度对复合陶瓷膜的影响
• 4.1.5 电源频率对复合陶瓷膜的影响
• 4.1.6 反应时间对复合陶瓷膜的影响
• 4.2 铝酸盐体系含钛氧化物复合陶瓷膜的制备
• 4.2.1 铝酸盐体系含钛氧化物复合陶瓷膜的制备
• 4.2.2 二氧化钛用量对复合陶瓷膜的影响
• 4.2.3 铝酸钠浓度对复合陶瓷膜的影响
• 4.2.4 峰值电流密度对复合陶瓷膜的影响
• 4.2.5 电源频率对复合陶瓷膜的影响
• 4.2.6 反应时间对复合陶瓷膜的影响
• 2 掺杂对陶瓷膜生长过程的影响'>4.3 粉末TiO₂掺杂对陶瓷膜生长过程的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢