磷光粉表面包覆对铜基耐磨复合材料自敏检测及腐蚀性能的影响

摘要

铝酸盐磷光材料具有发光效率高、余辉时间长、化学稳定性优异和无放射性等特点，是一种性能优良的长余辉磷光材料。铝酸锶磷光粉和高铝青铜粉末混合制备的新型铝青铜复合材料不但具有高铝青铜合金良好的耐磨耐蚀性能，而且磷光材料可赋予复合材料一定的发光指示性能。通过热喷涂工艺将磷光粉与铝青铜粉末复合制备复合涂层，应用于大型部件的工业模具表面，可方便、快速达到实现检测复合涂层磨损状况的目的，实现自敏检测功能。但前期实验发现在高温下制备复合涂层过程中SrAl2O4:Eu2+,Dy3+中的激活剂粒子Eu2+在高温状态下极易被氧化为Eu3+，磷光粉丧失余辉性能；此外磷光粒子与金属粉末接触产生接触性猝灭，高温下电子的跃迁过程过于活跃使其在复合与释放过程中逃逸或丧失大量电子，导致激发态电子跃迁强度降低，从而导致部分磷光粉发光降低甚至丧失。
　　本文选用热稳定性好、透光性较好的SiO2为包覆物，采用溶胶凝胶包覆法，以正硅酸乙酯为硅源，在商用磷光粉SrAl2O4:Eu2+,Dy3+表面进行表面包覆处理，以解决磷光粉应用于表面热喷涂时高温氧化和与金属离子接触所出现的猝灭现象。实验前期通过研究包覆工艺中的溶液配比，溶液pH，溶液搅拌时间等影响磷光粉包覆的因素，确定最优包覆工艺。通过温度与制样工艺相对较好控制的热压烧结工艺制备包覆前及不同包覆比的块体磷光复合材料，通过分析复合材料的发光性能，考评温度和与金属粒子接触对包覆前后磷光粉的影响。通过分析磷光复合材料的力学性能及耐腐蚀性能，研究磷光粉表面包覆对复合材料整体性能的影响。最后通过热压烧结工艺分析得到最适合用于热喷涂工艺下的包覆比磷光粉运用于等离子喷涂中制备磷光复合涂层，分析复合涂层的发光及力学性能，探讨包覆磷光粉在热喷涂复合涂层中的应用效果。
　　结果表明：溶液配比TEOS：CH3CH2OH：H2O=1:3:5时，调节溶液PH=4，在60℃的反应温度下搅拌15～25min，控制包覆比在5％～20%可以得到包覆效果较好的包覆SiO2磷光粉。包覆层物质改善了磷光粉的相容性问题，并未改变磷光粉的晶体结构，对磷光粉的发光影响较小。
　　利用热压烧结工艺将包覆前及不同包覆比磷光粉与高铝青铜粉末混合制备磷光复合材料。复合材料表面平整致密，包覆后磷光粉制备复合材料发光性能明显高于包覆前磷光复合材料，随着包覆比增加，发光性能越好。包覆磷光粉提高了复合材料的硬度，降低了复合材料摩擦过程中的磨损量。SiO2包覆膜对磨损表面起到修复作用，复合材料摩擦系数较稳定，当包覆比为10%时复合材料具有最稳定的摩擦系数，发光性能也较好。磷光粉包覆延缓甚至避免了磷光粉在H2SO4、NaOH、NaCl三种体系下的腐蚀，进而改善了复合材料在三种体系下的腐蚀性能。
　　利用等离子喷涂工艺将包覆前与10%包覆比磷光粉与高铝青铜粉末混合制备复合涂层，结果表明包覆磷光粉与高铝青铜粉末制备复合涂层表面与界面结合更致密，包覆后磷光复合涂层在摩擦过程中具有较低的磨损量，在低载和高载下具有较低的摩擦系数。在复合涂层中磷光粉表面包覆可以防止部分磷光粒子猝灭，增加复合材料中磷光粒子的发光面积。

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第一章 绪论

1.1 铝青铜合金及复合材料制备技术

1.2 工业实时监测技术应用现状

1.3 长余辉磷光材料

1.4 铝酸盐磷光粉的表面包覆改性研究

1.5 选题意义及研究内容

第二章 磷光粉表面包覆及复合材料制备实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 组织性能分析

第三章 SrAl2O4：Eu2+，Dy3+表面 SiO2包覆改性的研究

3.1 溶胶凝胶包覆法

3.2 溶胶凝胶包覆工艺的影响

3.3 磷光粉表面包覆前后性能分析

3.4 本章小结

第四章 磷光粉包覆前后热压烧结复合材料发光及摩擦性能研究

4.1 磷光粉包覆前后复合材料表面形貌

4.2 磷光粉包覆前后复合材料发光性能分析

4.3 磷光粉包覆前后复合材料力学性能分析

4.4 本章小结

第五章 磷光粉包覆前后热压烧结复合材料腐蚀性能研究

5.1 腐蚀的定义

5.2 硫酸腐蚀体系

5.3 氢氧化钠腐蚀体系

5.4 氯化钠腐蚀体系

5.5 包覆前后复合材料静态腐蚀后发光性能分析

5.6 本章小结

第六章 磷光粉包覆前后等离子喷涂复合涂层发光及摩擦性能研究

6.1 复合涂层的表面形貌

6.2 复合涂层的界面形貌

6.3 复合涂层的发光性能

6.4 复合涂层的力学性能

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间所发表的论文