【正文】 膠 、 TiO2 溶膠和 SiO2TiO2 溶膠封孔 一層過后， 藍(lán)色斑 基本消失 ，如圖 (b)所示 ； 涂層經(jīng)過 SiO2 溶膠 、 TiO2 溶膠和 SiO2TiO2 溶膠封孔 三層過后，濾紙上看不到任何藍(lán)點(diǎn) ，如圖 (c)所示。 0 20 40 60 80 1000200400600800100012001400強(qiáng)度/cps2 θ (176。和 60176。在 2θ 為 24176。 b) SiO2 溶膠的制備：將正硅酸乙酯 (TEOS)10 mL 和無水乙醇 (EtOH)55 mL 混合攪拌， 5min 后將 去離子水 2 mL+1% 的鹽酸 mL 的混溶液緩慢加入，在室溫下充分?jǐn)嚢?1 小時(shí)后密封靜止，陳化 5 小時(shí)后即可用于涂層封孔。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出 ， 氧化硅 溶膠 和氧化硅氧化鈦溶膠 的陳化時(shí)間 均 選擇 5h。當(dāng)氧化硅與氧化鈦的體積比過大時(shí)，則封孔效果與氧化硅 溶膠相似。因 此，凝膠時(shí)間過長或不凝膠， 并且由于鈦酸丁酯 和硅酸乙酯 未完全水解 ， 而使產(chǎn)量大大減小 。 去離子 水的影響 去離子 水的加入量對(duì)鈦酸丁酯 和硅酸乙酯 的水解有很大的影響。 乙 酸的影響 在配制氧化鈦溶膠的過程中， 反應(yīng)中 乙酸 既作為酸催化劑又作為整合劑，對(duì)于控制鈦酸丁酯的水解速率及穩(wěn)定溶膠均勻 性有著重要的影響。 乙醇的影響 加入乙醇量的多少對(duì)凝膠時(shí)間有較大影響。 f) 用分析天平對(duì)腐蝕后的試片進(jìn)行稱重，記錄下來 ，反復(fù)進(jìn)行以上步驟 10~20 次。 b) 將 Al2O3TiO2 涂層 基體和涂覆有 SiO2 封孔劑 、 TiO2 封孔劑、 SiO2TiO2 封孔劑 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 14 頁 共 24 頁 的試樣分別用無水乙醇擦洗，再放入丙酮中用超聲波清洗器超聲清洗 5 分鐘，取出后再室溫下自然干燥。 藍(lán)點(diǎn)法測孔隙率分析 a) 用 電光分析天平量取 1 克鐵氰化鉀 K3[Fe(CN6)]， 加 3 毫升 65～ 85%硝酸 HNO3和 100mm去離子 水配制成溶液。 b) 再將用去離子水沖洗過的試樣放入丙酮中漂洗數(shù)分鐘取出使其在室溫下干燥。 組織結(jié)構(gòu)分析 本實(shí)驗(yàn)中，用日本 (Rigaku)公司生產(chǎn)的 D/MAX2500 X 射線衍射儀 來分析表征涂層的相組成。用不銹鋼鑷子將基體試樣平穩(wěn)垂直放入溶膠中浸漬 1min，使溶膠與基體表面充分接觸，再用不銹鋼鑷子 夾住試樣的邊緣，慢慢將基體提拉出液面，速度 ≤20mm/min，盡量保持手的平穩(wěn)。 度 計(jì)數(shù)方式：微分或是積分方式 圖 D/MAX2500 X 射線衍射儀 KQ2200DE 臺(tái)式數(shù)控 超聲波清洗器 本儀器超聲發(fā)生源與清洗槽為一體化 ． 主要適用于工礦企業(yè)、大專院校、科研單位的高精度的清洗、脫氣、消泡、乳化、混勻、置換、提取、粉料粉碎及細(xì)胞粉碎 ． 具有其產(chǎn)品參數(shù)如下： 外型尺寸： 260 160 280mm 清洗槽內(nèi)尺寸 ： 230 140 100mm 水槽容量： 3L 超聲頻率： 40KHz 超聲功率： 100W 加熱功率 ： 200W 溫度可調(diào)： 1080℃ 時(shí)間可調(diào)： 199min 累計(jì)時(shí)間： 999 999h 圖 KQ2200DE 臺(tái)式數(shù)控 超聲波清洗器 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 12 頁 共 24 頁 試驗(yàn)方法 本實(shí)驗(yàn)的工藝流程 圖 實(shí)驗(yàn)流程圖 溶膠的配制 a) TiO2 溶膠的制備：在反應(yīng)瓶中加入 一定比例的 無水乙醇 和太酸丁酯 ， 在催化劑作用下攪拌一定時(shí)間，即可得到淡 黃色 TiO2 溶膠 。 表 21 主要化學(xué)試劑一覽表 原料 分子式 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 鈦酸四丁酯 [Ti(OBu)4] Ti(OC4H9)4 AR 天津市大茂化學(xué)試劑 有限公司 正硅酸乙酯 (TEOS) C8H20O4Si AR 天津永大化學(xué)試劑 有限公司 無水乙醇 (EtOH) CH3CH2OH AR 天津市富宇精細(xì)化工有限公司 冰乙酸 CH3COOH AR 石家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 鹽酸 HCL AR 石家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 去離子水 H2O AR 石家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 硝酸 HNO3 AR 石家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 丙酮 CH3COCH3 AR 石 家莊市華迪化工工貿(mào)有限公司 鐵氰化鉀 K3[Fe(CN)6] AR 天津永大化學(xué)試劑 有限公司 實(shí)驗(yàn)儀器 1012 型電熱鼓風(fēng)干燥箱 本儀器是一種溫度恒定，一般用于烘干實(shí)驗(yàn)儀器、試驗(yàn)原料或?qū)悠愤M(jìn)行預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備，其主要參數(shù)如下： 電源電壓： 220V ， 50Hz 相數(shù) (N)：單 工作溫度范圍 (℃ )： 0~300 恒溫波動(dòng)度 (℃ )： 177。目前在對(duì)不同的腐蝕環(huán)境、不同的熱噴涂層的封孔涂料的選擇方向，國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的規(guī)定。在制備耐腐蝕防護(hù)涂層應(yīng)用方面，由于其容易與金屬基體因熱膨脹系數(shù)不匹配而發(fā)生剝落、開裂等缺點(diǎn)而受到限制。其中氧化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯及復(fù)合氧化物涂層等被證明具有良好的抗腐蝕性能。它還被認(rèn)為是制備氧化鋁膜的最有 效的方法 。 4)涂層對(duì)金屬基材耐磨性能的影響，涂層的機(jī)械強(qiáng)度包括它同金屬的粘結(jié)強(qiáng)度和鍍膜本身的強(qiáng)度。 溶膠 凝膠法制備防護(hù)涂層的研究現(xiàn)狀 因?yàn)槿苣z 凝膠 的 制備工藝簡單，溶膠 凝膠的物理化學(xué)性質(zhì)如孔徑、密度、粘度、成型形狀、比表面積、化學(xué)組成、親水性、導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度等易于控制，使其應(yīng)用也 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 7 頁 共 24 頁 越來越廣泛。 d) 水的加入量：在溶膠 凝膠過程中，水即是水解反應(yīng)的反應(yīng)物，并且又是縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物，所以加水量對(duì)溶膠的粘度有較大的影響。 溶膠一凝膠過程受到各種因素的影響 a) PH值： PH值對(duì)水解和縮聚兩過程影響各不相同，但對(duì)整個(gè)溶膠 凝膠過程而言，氧化鈦溶膠最佳 PH值大約為 2～ 3，氧化硅溶膠的最佳 PH值大約為 ～ 。由于各種涂層的最終用途和顯微組織、結(jié)構(gòu)的要求不同熱處理過程也往往不同，因而要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵筮x擇合適的熱處理工藝路線。 熱處理，為了消除干凝膠中的氣孔，使其致密化，并使制品的相組成和顯微結(jié)構(gòu)能滿足產(chǎn)品的性能要求。 涂層的干燥與熱處理 在基體表面上形成的凝膠膜，經(jīng)干燥后需要進(jìn)一步熱處理，才能夠獲得所需的涂層，即涂層的形成是在熱處理過程中發(fā)生的。 圖 溶膠 凝膠涂層制備的過程 涂層涂覆方法 利用膠體化學(xué)原理使 基體在溶液中通過沉積氧化物形成涂層。 國防科技大學(xué)材料工程與應(yīng)用化學(xué)系采用乙醇溶液體系通過電沉積方法在 不銹鋼表面制備 梯度陶瓷膜 ,對(duì)涂層結(jié)合強(qiáng)度、抗熱震性能、在 3%NaCl 及10%H2SO4 溶液中的耐蝕性能及高溫抗氧化能力等進(jìn)行研究 .結(jié)果表明 :在不銹鋼表面電沉積的陶瓷涂層 ,由于其梯度結(jié)構(gòu)及預(yù)處理工藝和制備工藝的改善 ,可較明顯地提高陶瓷涂層的整體防護(hù)性能 . 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 4 頁 共 24 頁 表 11 常用的封孔處理方法 大分類 小分類 例子，說明 適用范圍 有機(jī)系封孔劑 石蠟系列 熱可塑性樹脂系列 熱硬化性樹脂系列 氟樹脂系列 有機(jī)高分子系列 石蠟、油脂、油 乙烯樹脂等 環(huán)氧樹脂等 聚四氟乙烯樹脂等 硅樹脂等 工 業(yè)大氣、海洋大氣 江河、海水 化工介質(zhì)、鋼鐵制品在550℃ 以下的防氧化 無機(jī)系封孔劑 硅酸鹽系列 溶膠 凝膠系列 其它 水玻璃、硅酸鈉 氧化鋁、二氧化硅 二氧化鋯、磷酸鹽 化合物、硫酸鋇 一般大氣腐蝕 高溫、強(qiáng)酸等環(huán)境下使用的情況 加熱擴(kuò)散處理 激光照射 通過激光進(jìn)行的熔融處理 各種氧化系列陶瓷 , 如氧化鋁、二氧化硅、二氧化釬、二氧化鈦等 其它 自封孔 玻璃混合法 某些金屬 陶瓷復(fù)合粉末、 某些混合的陶瓷氧化物 噴涂材料中混入低熔點(diǎn)玻璃的方法 化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院采用溶膠 凝膠法在鋁 合金表面制備 CeO2TiO2SiO2涂層 ， 采用 X 射線光電子能譜分析膜層成分 ， 掃描電鏡 (SEM)表征了復(fù)合膜的表觀形貌 ,利用全浸漬腐蝕試驗(yàn)、電化學(xué)測試方法評(píng)價(jià)了涂層的耐蝕性能 ,結(jié)果表明鋁合金表面的CeO2TiO2SiO2 涂層耐蝕性能優(yōu)良。 目前，用于等離子噴涂層的封孔處理方法很多，常用的封孔處理方法如表 11 所示[19]。添加劑 SiO2 的 “液相燒結(jié) ”作用在高熔點(diǎn) ZrO2 陶瓷涂層中比較明顯，而在較低熔點(diǎn) Al2O3 陶瓷中不明顯。結(jié)果表明 ，聚硅氧烷能夠有效封填材料中微孔，提高 Cf/SiC 復(fù)合材料的致密度，同時(shí)明顯提高 Cf/SiC 復(fù)合材料的短時(shí)間抗氧化性能。 研究了熱處理溫度和涂覆次數(shù)對(duì)涂層表面成分及其耐蝕性、抗氧化性和耐磨性的影響。用電化學(xué)和鹽霧腐蝕試驗(yàn)比較了封孔和未封孔涂層的耐腐蝕性能，用掃描電鏡 (SEM)光學(xué)顯微鏡 (OM)觀察了腐蝕前后涂層的截面形貌。采用動(dòng)電位極化技術(shù)測試了鎳磷合金彼層封孔處理前、后的極化曲線，發(fā)現(xiàn)：經(jīng)封孔處理后的鎳磷合金鍍層，腐性電位正移，腐性電流減小。 Z Liu[12]采用 CO2 或 Nd∶ YAG 激光器對(duì)等離子噴涂氧化鋯涂層進(jìn)行封孔處理，可以得到光滑致密的涂層，且提高了涂層的機(jī)械性能。 A Petitbon 等 [6]用連續(xù)波 CO2 激光器對(duì)等離子噴涂氧化鋯涂層進(jìn)行重熔，并在重熔過程中添加了氧化鋁粉，形成了 Al2O3ZrO2 復(fù)合涂層。結(jié)果得出，環(huán)氧樹脂及苯酚樹脂可明顯降低涂層孔隙率。陳琳等 [3]提出了采用熱擴(kuò)散重熔、采用自封閉涂層、改善噴涂工藝、封孔劑封孔等方法以降低涂層的孔隙率。熱噴涂涂層的形成過程決定了它的結(jié)構(gòu)，它是由微小顆粒相互交錯(cuò)堆疊而成的層狀組織結(jié)構(gòu)，因此它的一個(gè)突出的缺點(diǎn)是涂層的多孔性，有 些孔隙甚至從涂層表面一直延續(xù)到保護(hù)基體的表面。隨著人們對(duì)工件性能要求的不斷提高，熱噴涂技術(shù)得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。結(jié)果表明，經(jīng)封孔處理后的涂層致密光滑， 耐蝕性提高， 基本無缺陷。 畢 業(yè) 論 文 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 金屬材料工程 題 目： 熱噴涂涂層封孔處理 及 其耐蝕性 指導(dǎo)教師： 評(píng)閱教師：