固相反应型SiO2基陶瓷涂层反应机理及性能研究

摘要

为了改善Q235钢耐磨和耐蚀性能,用固相反应法在Q235钢表面制备陶瓷涂层。以SiO2和Al2O3为骨料,MgO为固化剂,Na2O为助熔剂,磷酸铝为胶粘剂,制得SiO2-Al2O3系陶瓷涂层(微米和纳米),其耐磨、耐蚀性能相对于基体提高较小,纳米涂层的性能比微米涂层略好。分析了SiO2和Al固相反应机理,计算结果表明,在298-2000K的范围内,ΔGTθ为较大的负值,表明SiO2-Al反应是可以自发进行的,而ΔHTθ也为较大的负值,说明反应会放出大量热量;经机械合金化处理SiO2和Al复合粉后,可以大幅度降低SiO2和Al的固相反应温度,通过计算激活能,认为SiO2-Al反应动力学机制属于反应-扩散模型。将SiO2-Al及其机械合金化技术引入到固相反应型陶瓷涂层的制备中,以求强化陶瓷涂层的固相反应,得到性能优异的陶瓷涂层。结果表明,以SiO2和Al为骨料,MgO为固化剂,CrO3为消泡剂,磷酸铝为胶粘剂,制得磷酸铝胶粘剂SiO2-Al系陶瓷涂层,其耐磨、耐蚀性能相对于基体均有了很大的提高,且经800℃固化后的涂层性能明显优于经400℃固化的涂层;以SiO2和Al为骨料,MgO为固化剂,水玻璃为胶粘剂,制得水玻璃胶粘剂SiO2-Al系陶瓷涂层,与磷酸铝胶粘剂SiO2-Al系陶瓷涂层进行性能对比,分析两种胶粘剂对陶瓷涂层性能的影响,结果发现,在有腐蚀介质或温度变化剧烈的环境中,选用磷酸铝陶瓷涂层更好,而应用在磨损场合时宜选用水玻璃陶瓷涂层。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 陶瓷涂层概述

1.1.1 陶瓷涂层的特点及应用

1.1.2 陶瓷涂层的制备方法

1.1.3 热化学反应法制备陶瓷涂层

1.2 机械合金化制备SiO_2-Al 复合粉及其反应机理

1.2.1 SiO_2-Al 反应研究概况

1.2.2 机械合金化

1.2.3 物相演化过程

1.2.4 固相反应热力学及动力学分析

1.3 本试验研究目的、意义及研究内容

2 试验材料、设备及方法

2.1 基体材料的选择

2.2 陶瓷涂层材料的选择

2.2.1 SiO_2-A1_20_3 系陶瓷涂层材料的选择

2.2.2 SiO_2-Al 系陶瓷涂层材料的选择

2.2.3 胶粘剂的选择

2.3 试验设备

2.4 陶瓷涂层的制备工艺

2.4.1 SiO_2-A1_20_3 系陶瓷涂层的制备工艺

2.4.2 SiO_2-Al 系陶瓷涂层的制备工艺

2.5 陶瓷涂层检测

2.5.1 X 射线衍射分析

2.5.2 扫描电镜分析

2.5.3 涂层致密性

2.5.4 结合强度

2.5.5 涂层抗热震性能

2.5.6 涂层耐磨性能

2.5.7 涂层浸泡试验

2.5.8 盐雾腐蚀试验

3 SiO_2-A1_20_3 系陶瓷涂层制备及性能

3.1 SiO_2-Al_20_3 系陶瓷涂层配方的确定

3.2 SiO_2-A1_20_3 系陶瓷涂层检测

3.2.1 X 射线衍射分析

3.2.2 扫描电镜分析

3.2.3 涂层致密性

3.2.4 结合强度

3.2.5 涂层抗热震性能

3.2.6 涂层耐磨性能

3.2.7 涂层浸泡试验

4 机械合金化制备SiO_2-Al 复合粉及其反应机理

4.1 SiO_2-Al 的固相反应热力学分析

4.2 机械合金化制备SiO_2-Al 复合粉及其动力学分析

4.2.1 机械合金化制备SiO_2-Al 复合粉

4.2.2 机械合金化对SiO_2-Al 的反应动力学的影响

4.2.3 计算SiO_2-Al 的反应活化能

4.2.4 SiO_2-Al 的反应动力学模型

5 磷酸铝胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层制备及性能

5.1 磷酸铝胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层配方的确定

5.2 磷酸铝胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层检测

5.2.1 X 射线衍射分析

5.2.2 扫描电镜分析

5.2.3 涂层致密性

5.2.4 结合强度

5.2.5 涂层抗热震性能

5.2.6 涂层耐磨性能

5.2.7 涂层浸泡试验

5.2.8 盐雾腐蚀试验

5.3 SiO_2-Al 系陶瓷涂层性能分析

6 水玻璃胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层制备及性能

6.1 水玻璃胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层配方的确定

6.2 水玻璃胶粘剂SiO_2-Al 系陶瓷涂层检测

6.2.1 X 射线衍射分析

6.2.2 扫描电镜分析

6.2.3 涂层致密性

6.2.4 结合强度

6.2.5 涂层抗热震性能

6.2.6 涂层耐磨性能

6.2.7 涂层浸泡试验

6.2.8 盐雾腐蚀试验

6.3 胶粘剂固化、粘结机理及对涂层性能影响

结论

参考文献

作者简历

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