【正文】 ...................... 21 致 謝 ...................................................................................................................................... 22 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 23 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 1 頁 共 24 頁 1 引言 課題的研究背景 表面技術(shù)是一門科學(xué)，而熱噴涂技術(shù)在表面改性技術(shù)中占有重要的地位。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。 本文采用溶膠 凝膠法制備了氧化硅溶膠、氧化鈦溶膠和氧化硅 氧化鈦復(fù)合溶膠，并用這三種溶膠對 Q235 鋼涂層進行封孔處理 。 畢 業(yè) 論 文 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 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： 評閱教師： 2020 年 6 月 zzzz 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 成績評定表 姓 名 學(xué) 號 zzzz 成 績 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)教師評語及成績 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評閱教師評語及成績 評閱教師： 年 月 日 答辯小組評語及成績 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 學(xué)院答辯委員會主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中。 畢 業(yè) 論 文 中 文 摘 要 熱噴涂防腐技術(shù)是迄今為止鋼鐵結(jié)構(gòu)件長 期 防腐的最有效方法 之一 ，而涂層的孔隙率又是影響涂層耐蝕性的一個重要因素 。通過 X射線衍射 (XRD)、 結(jié)合力測試、 孔隙率測試 和 腐蝕實驗 對不同涂層薄膜進行測試分析。經(jīng) 500℃ 熱處理后，氧化硅 氧化鈦涂層中的氧化硅結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，而氧化鈦結(jié)構(gòu)為銳鈦礦。通過在材料表面噴涂不同材料制備的涂層可以有 效地保護基體。熱噴涂防腐技術(shù)是迄今為止鋼鐵結(jié)構(gòu)件長 期 防腐的最有效方法，在水閘門、電視鐵塔、航標(biāo)浮鼓、橋梁、公路設(shè)施等大型工程的防腐中得到廣泛的推廣應(yīng)用。其噴涂溫度、熔滴對基體表面沖擊速度及形成涂層的材料性能構(gòu)成了噴涂技術(shù)的核心?？紫兜男纬捎幸韵?3 種機制：變形粒子問不完全重疊、氣孔形成和凝固收縮 [1,2]。 課題研究現(xiàn)狀 國外熱噴涂涂層封孔處理研究現(xiàn)狀 采用合理的工藝方法降低涂層的孔隙率成為擴大熱噴涂技術(shù)在防腐蝕領(lǐng)域應(yīng)用的一大重要研究方向。相對于其他方法，封孔劑封孔具有應(yīng) 用范圍廣、操作方便和成本低等優(yōu)點。以水玻璃為基料、添加 Si02納米顆粒和云母粉的無機封孔劑， Sugehis Liscano 等 [4]分別以苯酚樹脂、環(huán)氧樹脂為封孔劑，對熱噴涂涂層進行封孔。但有機類封孔劑對環(huán)境污染比較嚴(yán)重且不耐高溫；無機類封孔劑滲透性好、對環(huán)境無污染。大部分封 孔劑以長鏈狀A(yù)I(PO)，及其異形體存在，但是韌性差，風(fēng)干后有裂紋，高溫時還容易起泡。重熔后涂層的強度明顯增大，耐 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 2 頁 共 24 頁 磨性、耐高溫腐蝕性明顯提高，涂層也更加致密。 C Batista 等 [11]用 CO2 或 Nd∶ YAG 激光器對 氧化鋯涂層進行激光熔覆，并將熔覆前后的涂層進行對比，發(fā)現(xiàn)熔覆后的涂層更加致密，抗氧化性能、耐熱腐蝕性能明顯提高。 國內(nèi)熱噴涂涂層封孔處理研究現(xiàn)狀 北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院表面科學(xué)與腐蝕工程系，研究了一種新型的鎳磷合金鍍層鍍后處理工藝，即在常溫下采用化學(xué)的方法對鎳磷合金鍍層進行封孔處理。結(jié)果表明：經(jīng)封孔處理的鋅磷合金層的孔隙率大幅度下降。通過掃描電鏡觀察了封孔處理后鎳磷合金鍍層的表面形貌，可見：經(jīng)封孔處理后的鎳磷合金層表面形成了一層保護膜，使鎳磷合金鍍層的孔隙得以封閉 [13]。 南京河海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院采用環(huán)氧樹脂和有機硅透明樹脂劑兩種封孔劑對等離子噴涂 Cr2O38TiO2 涂層進行封孔試驗，對環(huán)氧樹脂采用常規(guī)和真空兩種封孔工藝。結(jié)果表明，封孔涂層的耐腐蝕性明顯優(yōu)于未封孔涂層。 北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院利用溶膠 凝膠法在化學(xué)鍍鎳層表面制備出 TiOTiO2SiO2 膜。經(jīng)四次涂覆后， TiO TiO2SiO2 溶膠 凝膜層具有很好的耐蝕性和抗高溫氧化性，少量鉬、鉻元素的加入可提高 TiO2 溶膠 凝膠膜的耐磨性 [16]。研究了封孔效果及封孔處理對 Cf/SiC 復(fù)合材料短時間抗氧化性能的影響。經(jīng)封孔處理的 Cf/SiC 復(fù)合材料在 1500℃ 空氣中氧化 10min 后，材料強度保留率由處理前的 67%提高到了 95%，質(zhì)量保留率由處理前的 %提高到 %。 廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院楊元政等研究了添加劑 SiO2 在等離子噴涂陶瓷涂層及其激光重熔中的作用。在激光重熔中， SiO2 能降低 ZrO2 熔化層應(yīng)力并阻礙裂紋擴展 。而 Al2O3 陶瓷涂層中的 TiO2，激光處理時生成 TiAl2O5，此相導(dǎo)致熔化層產(chǎn)生巨大的不對稱應(yīng)力使之易出現(xiàn)裂紋，但其能提高涂層的致密度和耐磨性 [18]。 制備封孔劑的研究現(xiàn)狀 華中 科技大學(xué)利用有機醇鹽水解法開發(fā)了一種 SiO2 溶膠封孔劑，采用浸漬一提拉制膜法，在熱噴涂涂層表面和鎂合金微弧氧化膜層表面制備了 SiO2 封孔涂層。 陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院 ,陜西省特種紙品開發(fā)重點實驗室以不飽和聚酯樹脂作為鋁涂層封孔劑的基料 ,通過孔隙率正交試驗 ,研究了鋁涂層封孔與不封孔時孔隙率的差別 ,得到了封孔劑的最佳配方。 溶膠 凝膠法制備涂層封孔劑的技術(shù) 涂層制備原理 溶膠 凝膠法是以金屬醇鹽為原料，經(jīng)水解、縮聚反應(yīng)而形成的穩(wěn)定的溶膠。圖 。常用的方法一般有三種方法 ： a) 噴涂法，直接將溶膠通過噴射設(shè)備，噴射在處于室溫或預(yù)熱過的基體上，該方法適用于比較平整的表面。 c) 浸漬法，常使用的有三種不同浸漬方式： 1)一般是先把基體浸入溶膠中，然后再以精確控制的均勻速度把基體從溶膠中提拉出來； 2)先將基體固定在一定位置，提升溶膠槽，使基體浸入溶膠中，然后再將溶膠槽以恒速下降到原來位置； 3)先把基體放 置在靜止的空槽中的固定位置，然后向槽中注入溶膠，使基體浸沒在溶膠中，再將溶膠從槽中等速排出來，該法適用面較廣。伴隨著溫度的升高體積會有較大的收縮，從而使該過程與凝膠干燥一樣，極易導(dǎo)致涂層的開裂，破壞涂層的完整性，因此涂層的質(zhì)量很大程度上決定于熱處理的升溫制度。 干燥，目前研究較 多且效果較好的干燥方式主要有兩種： 1)控制干燥，即在溶膠制備過程中，加入控制干燥的化學(xué)添加劑，如甲酞胺、草酸等； 2)超臨界干燥，即將濕凝膠中的有機溶劑和水加熱加壓到超過臨界壓力、臨界溫度則系統(tǒng)中的液氣界面將消失，從而從根本上消除導(dǎo)致凝膠開裂應(yīng)力的產(chǎn)生。有必要對經(jīng)過干燥處理的涂層，作進一步的熱處理。升溫速率不宜過快，否則 OR基在非充分氧化時可能碳化成碳質(zhì)顆粒。涂層熱處理經(jīng)常用到的設(shè)備主要有： 1)真空爐，適合用于對表面狀況要求較高的涂層處理。 3)干燥箱，對熱處理溫度不是太高的涂層來說，可用干燥箱來進行熱處理。 b) 氧化硅溶膠常用正硅酸乙酯 (TEOS)作為前驅(qū)體，氧化鈦溶膠常用鈦酸四丁酯[Ti(OBu)4]作為前驅(qū)體 。若溶劑的表面張力大，會使涂層對基體粘著力??；若溶劑的介電常數(shù)小，則烴氧基化合物的分解比較困難，或者根本不分解；若溶劑的揮發(fā)溫度過高，則溶膠膜的固化速度漫。 e) 催化劑的 影響：可以作為催化作用的試劑有 HCl、 HNO HClO4及 H3PO4等質(zhì)子酸， NaOH、 NH3所用的催化劑不同，催化機理就不同，所以水解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形態(tài)也可能不同，因此粘度的變化速率也會不同。 1)熱膨脹系數(shù)與基材的匹配是一個關(guān)鍵因素，這樣才不致在高溫下導(dǎo)致涂層開裂造成 涂層保護膜失效。 3)涂層可以提高金屬的耐腐蝕性能。 5)由于 SiO2具備穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及耐熱性，可提高不同溫度下金屬的抗氧化性和抗酸腐蝕性能。 1)溶膠 凝膠 法 可用于制膜，可制備 TiO2薄膜光催化劑、膜修飾電極、玻璃表面反射和防反射膜。 2)溶膠 凝膠 法 適宜制作光信號傳輸傳感器，包括吸收光、熒光、化學(xué)發(fā)光、室溫磷光等。 金屬材料的耐腐蝕性能取決于表面能形成一層生長緩慢，致密完整的氧化膜。其中復(fù)合氧化物涂層比單一氧化物涂層抗腐蝕效果好。目前這種涂層主要應(yīng)用于不銹鋼基體上，研究表明用該種方法制備的防護涂層對基體有很好的 保護作用。因此制備出致密的復(fù)合涂層，并對形成涂層的成分、結(jié)構(gòu)和性能進行分析是當(dāng)前比較先進的課題。 近年發(fā)展的熱噴涂工藝均減少了孔隙率，得到較均勻、致密的涂層 ，但高能、高焓、高速熱噴涂設(shè)備價格昂貴，有些還受噴涂工件尺寸和施工場所的限制，因此研制更適用的噴涂設(shè)備，降低熱噴涂技術(shù)的成本具有重要的實際意義。因此今后還需要進一步講究封孔涂料與熱噴涂層、腐蝕環(huán)境的配套性。試驗過程中所用的化學(xué)試劑如表 21所示。1 溫度均勻度 (℃ )： 177。 圖 1012 型電熱鼓風(fēng)干燥箱 SX13BLL 13500C 箱式電阻爐 電源電壓： 380V 相數(shù) (N)： 3 相 最高溫度： 1 350℃ 功率： 12KW 加熱室尺寸： 204016cm 生產(chǎn)廠家：包頭靈捷爐業(yè)工程有限公司 圖 SX13BLL 13500C 箱式電阻爐 JA2020A 電光分析天平 稱量范圍 ： 0～ 200g 精度 ： 1mg 稱盤尺寸 ： Φ=110mm 輸出接口 ： (RS232C) 本 科 畢 業(yè) 論 文 第 10 頁 共 24 頁 外形尺寸 ： 320200290mm 電源 ： 220V/50Hz 圖 JA2020A 電光分析天平 791 磁力加熱攪拌器 電源電壓： 220V， 50HZ 電機功率： 25W 加熱功率： 2