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涂覆工艺方法和涂覆厚度对金属基陶瓷涂层高温抗氧化性能的影响

发布日期:2014年3月23日

涂覆工艺方法和涂覆厚度对金属基陶瓷涂层高温抗氧化性能的影响:

秒速快3金属基陶瓷涂层是结合金属材料和陶瓷材料的各自优点而制备的一种新型复合材料,它不仅可以苛刻环境中对材料的某种要求,同时也可以扩大金属材料、陶瓷材料的应用范围。

实验采用料浆法制备高温合金基陶瓷涂层。研究了涂覆方法(刷涂、浸渍和喷涂)和涂覆厚度对陶瓷涂层试样高温抗氧化性能的影响规律,旨在通过对不同涂覆工艺方法和涂覆厚度进行研究和优化,为高温合金基抗氧化陶瓷涂层在工程机械、石油化工和陶瓷生产等领域的应用提供基础研究。

实验部分

粘结料制备

陶瓷粘结料的原料配方组成如表1所示,按配方组成配制后混合均匀,然后置于坩埚中在高温炉(1400 - 1520℃)中熔制、水淬、干燥、破碎后备用。

料浆制备与涂覆

(1)料浆制备

陶瓷粘结料与 Cr2O3或重烧M g0按质量比分别为1 :0。5和1:0。3配制涂层料,涂层料与水的质量比为1 :0。5,并外加3%的水玻璃作为粘结剂,使其充分混合成均匀的料浆后备用。

秒速快3(2)合金基体的预处理

高温合金基体经过切割(规格为40mm×40mm× 4mm)、打磨、碱洗、酸洗等表面预处理,在风箱中干燥后备用。

(3)料浆的涂覆

秒速快3采用料浆刷涂、浸渍和喷涂工艺施于合金表面,涂料层厚度分别约为50μm、I00μm、200μm,涂敷后的试样经干燥后备用。 涂层料的熔烧

试样的高温熔烧在马弗炉中进行,根据高温合金的物化性能以及陶瓷涂层料与高温合金之间结合性能的要求,采用优化的熔烧制度如图1所示。

试样性能表征

采用质量增加法来表征涂层试样的抗氧化性能。把检测试样在1200℃的马弗炉中保温不同的时间,用试样实验前、后的质量增加率来表征其抗氧化性能,具体计算公式如下:

△M=(M1-M0)/M0

公式巾:△M:试样氧化质量的增加率/%

M0:试样的起始质量/g

M1:试样氧化后的质量/g

采用扫描电子鼎微镜(SEM,JSM-6700F型)对涂层试样的界面结构和形貌进行观察。

结果分析与讨论

涂覆方式对涂层试样高温抗氧化性能的影响

不同涂覆方式所得试样在1200℃条件下,经过30h 抗氧化的实验结果如图2所示。从图中可以看出,三种涂覆方法所制备的涂层对金属基体均具有明显的氧化保护作用,并且在三种涂覆方式中,喷涂方法所得的试样的高温抗氧化效果最好,其次是浸渍和刷涂。如Cr203质涂层中,浸渍与刷涂试样的氧化增重率比喷涂的分别增加了80%和120%;同样在重烧Mg0质的涂层中,分别增加32%和58%;此外,在相同的涂覆方法条件下,Cr203 质涂层抗氧化能力要优于重烧Mg0质涂层。

秒速快3产生这一实验结果的原因为,喷涂能够使料浆雾化均匀,在基体表面形成均匀的料浆涂层,在熔烧时能够很好地包裹合金基体,而浸渍涂覆由于金属基体不吸水,在重力影响下使料浆涂覆厚薄不均,导致在熔烧时涂层不能均匀、完全地覆盖于金属基体的表面;而刷涂会引起涂层表面出现高低不等的条纹,出现与浸渍法一样的结果,使涂层试样的抗氧化性能的下降。对于Cr203质涂层抗氧化能力要优于重烧Mg0质涂层,主要是由于涂层的致密性不同引起的,从图3两种涂层截面的SEM照片可以看出,Cr203质涂层结构致密性要明显优于重烧 M g0质涂层,且界面处生成了合适的中间层,从而增加氧气在涂层中的扩散阻力,导致涂层的抗氧化能力提高。 涂层厚度对试样高温抗氧化性能的影响

涂层厚度对试样高温抗氧化性能影响的实验结果如图4所示。从图中可以看出,两种试样随着涂层厚度的增加,试样的抗氧化能力逐渐增强,如涂层厚度由 1OOμm增加到300μm,两种涂层试样的氧化能力增加 16 - 26%之间。因此,适当地提高涂层厚度有利于抗氧化性能的提高。其原因为涂层厚度的增加,可以增加氧气在涂层中的扩散路程,从而减小了对涂层试样的氧化速度。此外,随着涂层厚度的增加,会导致涂层试样抗热震性能的降低,因此,综合涂层试样的高温抗氧化能力和抗热震性能考虑,涂层厚度在100 - 200μm是比较合适的。 结论

(1)三种涂覆工艺所制备的涂层均可以有效提高试样的高温抗氧化能力,其中喷涂法所制备试样高温抗氧化能力最件,比浸渍和刷涂法所制备涂层试样的抗氧化能力提高30-120%;

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