工程设备及构件使用中出现会磨损和腐蚀。防止金属腐蚀的措施之一是在表面上涂防护层以隔绝腐蚀介质与金属接触。金属陶瓷涂层能改变金属基体外表面的形貌、结构和化学组成, 并赋予基体新的性能。
本实验中采用的是1Cr18Ni9不锈钢为基体。实验制备涂层所需主要原料有的磷酸 (H3PO4) 、氢氧化铝 (Al (OH) 3) 、三氧化二铝 (Al2O3) 、氧化镁 (MgO) 、二氧化硅 (SiO2) 、氧化锌 (ZnO) 。
(1) 基体预处理。
把试样锯成20×20×2mm小片, 并在其上打一个小孔, 以便实验时试样处理, 然后将试样六个面用粗砂纸打磨至表面平滑。处理后试样的实际尺寸再测量。
(2) 骨料预处理。
本实验采用SiO2、MgO、Al2O3作为主要的陶瓷骨料、AlPO4为胶粘剂。将陶瓷骨料按比例混合并与配制好的胶混合搅拌, 将料浆均匀地涂刷在基体上, 试样涂刷好后置于通风干燥处, 阴干24h以备固化用。制备主要工艺流程图, 如图1所示。
(1) 热震实验。
本实验做热震的基材是1Cr18Ni9, 将涂有陶瓷涂层的试样加热到200℃固化。将试样放在400℃热处理炉内保温半小时, 取出水淬, 如此反复直到涂层全部脱落。
(2) 耐腐蚀性能测试。
(1) 浸泡试验:将试样放入浓度为10%氢氧化钠、10%稀硫酸、5%氯化钠中浸泡, 对比基体跟有涂层试样被腐蚀的情况。
(2) 盐雾试验:将试样放入盐雾试验机内, 将3.5%的氯化钠溶液从入口倒入试验机内。每隔8h测一次, 做48h。
(1) 抗热震性。
涂层经7次后有1/3脱落, 10次后涂层大部分脱落。从实验结果可看出, 涂层已具备一定的粘结强度和表面强度, 能经受住400℃以下的中低温度的热震实验, 从涂层的破坏情况看, 涂层开裂剥落主要出现在鼓泡处, 多次实验表明, 使用磷酸氢铝粘结剂, 涂层表面的气泡几乎无法避免。本文认为产生气泡的原因是磷酸氢铝与金属表面发生反应而产生。
(2) 涂层的耐蚀性能测试。
(1) NaOH溶液浸泡。
用浓度为10%的10%NaOH溶液浸泡120h, 其腐蚀速率图如图2所示。可看出, 相同时间内有涂层试样在碱性溶液中的损失量比基体的损失量要少。
(2) 硫酸溶液浸泡。
用浓度为10%的硫酸溶液浸泡试样, 处理后数据如表1所示。试样上的涂层经6h浸泡后全部脱落, 基体与有涂层的试样耐酸性能都不好。究其原因是在制备涂层时, 主要成分为MgO具有强碱性, 易与硫酸发生反应, 产生大量气泡。Al2O3为中性氧化物, 与磷酸和硫酸发生反应生成气体, 因此涂层耐酸性能较差。
(3) NaCl溶液浸泡。
有涂层试样和基体在浓度为3.5%的NaCl溶液中腐蚀速率如图3所示。可看出, 相同时间内有涂层的试样比基体的损失量要少, 具有更好的耐盐腐蚀的性能。
(4) 盐雾试验。
在规定时间内喷雾不得间断。从图4可看出, 有涂层的试样在盐雾实验中的损失量比基体的损失量要少很多, 且随时间的推移耐蚀性显示得更好。
(1) 从抗热震性能测试结果可以看出, 涂层与基体间已具备一定的结合力, 能承受一定的热冲击。 (2) 耐腐蚀性能测试结果可以看出, 涂有涂层的试样有较好的耐碱、耐盐腐蚀性能, 耐酸性能提高了23%, 耐碱性能提高了8%, 但耐酸性较差。
摘要：本文采用料浆法在1Cr18Ni9基体上制备陶瓷涂层, 并进行性能进行测试。实验表明金属基陶瓷涂层的耐酸性能提高了23%, 耐碱性能提高了8%。
关键词：镁铝质陶瓷涂层,料浆法,耐蚀性
[1] 王月, 陈波.金属表面耐热陶瓷涂层保护技术的研究[J].工业炉, 1995, 4:6～9.
[2] 刘福田, 李兆前, 黄传真.金属陶瓷复合技术[J].济南大学学报, 2002, 16 (1) :84～91.
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