料浆法制备SiO2系和MgO系陶瓷涂层及性能表征

摘要

现代工业技术的不断发展对金属材料性能提出了更高的要求。在苛刻的工作环境下和特定的工作部位，需要金属材料具备耐高温、耐腐蚀、抗震动、耐冲刷等特性，在金属表面涂覆陶瓷涂层，可有效提高金属材料上述性能。
　　 本课题采用料浆法在1Cr18Ni9不锈钢表面分别制备以SiO2和MgO为主相的陶瓷涂层，探讨制备过程中的涂覆工艺及烧结工艺对涂层表观形貌的影响。通过Factsage热化学分析软件，对陶瓷涂层进行模拟，分析其烧结过程中的热化学变化及相变过程。采用TG-DTA考察涂层在不同温度下的热化学反应过程。利用金相显微镜和SEM观察陶瓷涂层表面和断面形貌并进行线扫描分析。通过XRD分析陶瓷涂层的组成及结构，并对陶瓷涂层的硬度、抗热震性能、高温氧化性能、耐腐蚀性能进行表征，得到如下研究结果:
　　 SiO2系陶瓷涂层表面致密、平整、光滑，内封闭有气泡。XRD物相分析表明，SiO2系陶瓷涂层主体为无定形硼酸盐玻璃相同时参杂有少量SiO2晶体。MgO系陶瓷涂层表面平整光滑。XRD物相分析表明，MgO系陶瓷涂层为无定形玻璃相和Ca3MgSi2O8、Mg2SiO4，说明在MgO系陶瓷涂层的高温烧结过程中，各氧化物组分反应，熔融形成玻璃相。线扫描分析结果显示，制备得到的SiO2系、MgO系陶瓷涂层与不锈钢基体有4～7μm的元素扩散层，表明陶瓷组分与不锈钢基体有明显的元素的渗透与扩散，陶瓷涂层与不锈钢基体不仅有机械嵌合同时还有化学结合，结合紧密;
　　 硬度测试表明，所制备的SiO2和MgO系陶瓷涂层最大硬度值分别为642.13MPa和495.0MPa，约为不锈钢的2～3倍。所制备的SiO2系和MgO系陶瓷涂层在10％NaCl溶液中，腐蚀5天后涂层表面完好，具有良好的抗盐蚀性能，MgO系陶瓷涂层在10wt％NaOH溶液中，腐蚀5天失重0.21mg/cm2，具有一定的耐碱腐蚀性。涂层热震试验表明:在800℃下热震次数高于17次，MgO和SiO2陶瓷涂层无脱落，无裂纹，抗热冲击性能优异。涂层在700℃下抗氧化试验表明，所制备的SiO2系、MgO系陶瓷涂层，氧化16h后增重分别别0.052 mg/cm2和0.023 mg/cm2，具有优异的高温抗氧化性能。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 陶瓷涂层材料概述

1．1．1 氧化硅(SiO2)系陶瓷涂层

1．1．2 氧化铝(Al2O3)系陶瓷涂层

1．1．3 氧化锆(ZrO2)系陶瓷涂层

1．1．4 氧化镁(MgO)系陶瓷涂层

1．1．5 氧化钛(TiO2)系陶瓷涂层

1．1．6 其它系陶瓷涂层

1．2 陶瓷涂层的特点

1．3 陶瓷涂层的应用

1．3．1 在宇航工业中的应用

1．3．2 在电力电子行业中的应用

1．3．3 在汽车工业中的应用

1．3．4 在冶金工业中的应用

1．3．5 在刀具方面的应用

1．3．6 在其他领域的应用

1．4 陶瓷涂层的制备方法

1．4．1 热喷涂法

1．4．2 溶胶-凝胶法

1．4．3 沉积法

1．4．4 激光熔覆

1．4．5 原位合成技术

1．4．6 料浆法

1．5 陶瓷涂层机理及理化性能计算

1．5．1 陶瓷涂层制备过程机理

1．5．2 陶瓷涂层理化性能计算

1．6 本课题研究意义

第二章 实验部分

2．1 实验试剂与设备

2．1．2 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 料浆法制备SiO2系、MgO系金属基陶瓷涂层

2．2．1 不锈钢基体预处理

2．2．2 陶瓷涂层配方设计

2．2．3 料浆法陶瓷涂层的制备

2．3 表征方法

2．3．1 料浆粘度

2．3．2 TG-DTA

2．3．3 陶瓷涂层烧结过程热化学模拟分析

2．3．4 X射线衍射(XRD)

2．3．5 形貌观察

2．3．6 陶瓷涂层致密性测试

2．3．7 陶瓷涂层硬度测试

2．3．8 陶瓷涂层抗热震测试

2．3．9 陶瓷涂层耐腐蚀性能

2．3．10 陶瓷涂层高温抗氧化性能

第三章 陶瓷涂层制备的研究

3．1 SiO2系陶瓷涂层制备的研究

3．1．1 料浆粘度的影响

3．1．2 涂覆方式的影响

3．1．3 烧结温度的影响

3．1．4 保温时间的影响

3．1．5 升温速率的影响

3．1．6 SiO2系陶瓷涂层形成机理分析

3．2 MgO系陶瓷涂层制备的研究

3．2．1 烧结温度的影响

3．2．2 保温时间的影响

3．3 陶瓷涂层缺陷分析

3．3．1 陶瓷涂层的剥落

3．3．2 陶瓷涂层的气孔、气泡

3．3．3 陶瓷涂层的缩边、缩孔

第四章 陶瓷涂层热化学过程分析

4．1 SiO2系陶瓷涂层制备热化学过程分析

4．1．1 SiO2系陶瓷涂层热化学过程模拟分析

4．1．2 SiO2系陶瓷涂层TG-DTA分析

4．2 MgO系陶瓷涂层热化学过程分析

4．2．1 MgO系陶瓷涂层热化学过程模拟分析

4．2．2 MgO系陶瓷涂层TG-DTA分析

第五章 陶瓷涂层的表征

5．1 陶瓷涂层的结构

5．2 陶瓷涂层表观形貌

5．2．1 SiO2系陶瓷涂层表观形貌

5．2．2 MgO系陶瓷涂层表观形貌

5．3 陶瓷涂层的致密性

5．4 陶瓷涂层的硬度

5．5 陶瓷涂层的抗热震性能

5．6 陶瓷涂层耐腐蚀性能

5．7 陶瓷涂层的高温抗氧化性能

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

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