鋁合金表面多功能陶瓷涂層的研究.pdf

1、鋁合金因其比剛度比強(qiáng)度高、密度低、加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),航空航天、軍工、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、通訊工程等行業(yè)的不斷發(fā)展對零件表面的要求越來越高。金屬基無機(jī)陶瓷涂層因具有耐高溫、高耐磨、高耐蝕等特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在鋼鐵材料的表面上,而鋁合金表面制備陶瓷涂層是一種新嘗試。
　　本文主要針對ZL104合金表面制備了多功能陶瓷涂層,重點(diǎn)研究了涂層的制備工藝、材料體系。涂層基本漿料主要成分為:SiO2、Al2O3、Cr2

2、O3、Al等陶瓷粉末,以及硅鉻復(fù)合溶膠,Na2SiO3、Na2SO4、CaO等添加劑,復(fù)合添加材料FeO、Cu2O等。各種成分的作用為:SiO2是高耐磨高耐腐相,具有熔點(diǎn)低的優(yōu)點(diǎn),Al2O3作為高強(qiáng)度相,與基體表面的氧化膜層具有晶體共格效應(yīng),Cr2O3是一種高耐磨相,還具有緩蝕作用,Si-Cr復(fù)合溶膠作為粘結(jié)劑起粘結(jié)作用的同時,也能通過引入納米級顆粒來提高燒結(jié)活性,Al粉和中間價態(tài)的氧化物FeO、Cu2O等在熱處理過程中的進(jìn)一步氧化能產(chǎn)

3、生體積膨脹彌補(bǔ)陶瓷涂層在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的體積收縮,使涂層達(dá)到致密化。
　　制備陶瓷涂層的工藝過程是:以水作為載液,以復(fù)合溶膠作為粘結(jié)劑,添加多種金屬無機(jī)氧化物并進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬湍肽?獲得分散均勻的無機(jī)陶瓷涂料,將其涂覆于ZL104合金的表面,隨后在一定溫度下進(jìn)行燒結(jié),得到一層一定厚度的無機(jī)陶瓷涂層。通過SEM、EDS、XRD等手段分析涂層的結(jié)構(gòu)和形貌以及機(jī)理。通過比對樣品的性能,得到最佳預(yù)處理工藝為:表面整平→丙酮超聲清洗→水浴處理

4、。得到的制備工藝為:涂覆涂層→室溫干燥成膜→10℃/s的升溫速度升溫到520℃保溫2h→隨爐冷卻。
　　研究發(fā)現(xiàn)在涂層中添加FeO的量在5％以下時,涂層的燒結(jié)性良好,涂層致密,硬度大,熱震性、耐磨性和耐水性好,界面處和涂層里面的Fe2O3、Fe2SiO4、(Cr,Fe)2O3、Al2SiO5等新相的產(chǎn)生表明,FeO能良好地促進(jìn)陶瓷顆粒之間、涂層與基體表面之間的固相燒結(jié),提高涂層強(qiáng)度和界面的結(jié)合力。但是隨著FeO的添加量的繼續(xù)增加,

5、涂層變得疏松多孔,耐水性隨之下降,而燒結(jié)過程中的成分團(tuán)聚和低硬度質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生更使涂層的耐磨性、表面硬度和抗熱震性等性能下降,故FeO的含量應(yīng)該控制在5%以下。
　　研究表明該涂層中Cu2O的含量在20%～25%時各方面的性能最優(yōu),界面處和涂層里面的CuO、CuSiO3、CuCrO2、CuAlO2、Al2SiO5等新相的產(chǎn)生表明,Cu2O加入之后,涂層的燒結(jié)和界面結(jié)合性能良好。其添加量超過25%時,耐水性、燒結(jié)致密性、耐磨性、表面硬度