【摘要】：以"硅酸鈉+硅酸鉀"溶液(質(zhì)量比1:2)為粘結(jié)劑,采用高溫(800°C)熔燒法在304不銹鋼表面制備了4種陶瓷骨料含量不同的硅酸鹽陶瓷涂層。使用掃描電鏡、X射線衍射儀和熱重分析儀表征了所得涂層的形貌、物相和成膜過程中的質(zhì)量變化,考察了涂層的高溫氧化動力學(xué)行為,探討了涂層厚度與結(jié)合強度之間的關(guān)系,測試了涂層的抗熱震性能。結(jié)果表明,以8%Al粉、6%SiC、6%B_4C、4%鈦白粉和4%玻璃粉制備的涂層表面平整。基體中的Fe元素與陶瓷骨料組分之間相互擴散與滲透,形成了AlB_2、Fe_xTi_yO_z等新的晶相。該涂層在厚度為150μm時與基體的結(jié)合強度為26.1 MPa,經(jīng)1 100℃高溫氧化5 h后單位面積氧化增重量僅為0.21 mg/cm~2,表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫氧化性能。該涂層的熱膨脹系數(shù)與金屬基體最接近,因而表現(xiàn)出最好的抗熱震性能。
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圖片說明： 范圍10°~80°。1.3.5結(jié)合強度根據(jù)YS/T542 2006《熱噴涂層抗拉強度的測定》，用FM1000型固態(tài)薄膜膠粘結(jié)試樣，用材料拉伸試驗機將力加載在涂層樣板兩端，拉伸速率1mm/min，涂層與不銹鋼基體脫落時的載荷除以樣板的橫截面積即為結(jié)合強度。1.3.6抗熱震性能將試樣放入電阻爐內(nèi)，在不同溫度下灼燒30min后投入冷水(25°C)中迅速冷卻，觀察涂層的表面變化，然后循環(huán)灼燒、冷卻。當非邊角處的涂層有1/3面積與金屬基體剝離時涂層失效，記錄至此的循環(huán)次數(shù)，作為涂層在相應(yīng)溫度下的熱震壽命。2結(jié)果與討論2.1涂層的表面形貌由圖1示出的各涂層外觀照片可見，S1和S4涂層均有一定程度的缺陷。前者主要表現(xiàn)在邊緣處的剝落和嚴重的縮孔現(xiàn)象，這可能是由于S1配方的陶瓷骨料在800°C熔融狀態(tài)下熱應(yīng)力分配不均，導(dǎo)致組分之間出現(xiàn)縮聚；后者的局部區(qū)域出現(xiàn)鼓泡和孔洞，相繼與基體脫離而失效。相比而言，S2和S3涂層基本保持表面平整致密，無明顯缺陷，表觀形貌較好。(a)S1(b)S2(c)S3(d)S4圖1不同骨料配方所制涂層的宏觀形貌Figure1Appearanceofthecoatingspreparedwithdifferentcompositionsofceramicaggregates由圖2可見，經(jīng)過800°C熔燒，S1涂層的陶瓷骨料因燒結(jié)作用生成了熔融態(tài)的“柱狀”晶體[7]，它們之間呈現(xiàn)縱橫交織的“溝壑”形態(tài)，破壞了涂層的完整性。這些晶體可能是Al粉高溫熔化后生成的Al2O3，也可能是SiC、B4C的高溫聚集體。因為玻璃料熔化后難以完全填補陶瓷晶體之間的空隙，所以S1涂層表面孔洞較多。而S2涂層表面在微觀上基本保持平整，只在局部區(qū)域出現(xiàn)“褶皺”狀的重疊，產(chǎn)生了少量孔洞，這可能是由于在高溫作用下陶瓷組分的鍵合結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，導(dǎo)致形貌變化。S3涂層表面均勻完整，致密性較好，局部區(qū)域有大粒徑的陶瓷顆粒凸?
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圖片說明： 范圍10°~80°。1.3.5結(jié)合強度根據(jù)YS/T542 2006《熱噴涂層抗拉強度的測定》，用FM1000型固態(tài)薄膜膠粘結(jié)試樣，用材料拉伸試驗機將力加載在涂層樣板兩端，拉伸速率1mm/min，涂層與不銹鋼基體脫落時的載荷除以樣板的橫截面積即為結(jié)合強度。1.3.6抗熱震性能將試樣放入電阻爐內(nèi)，在不同溫度下灼燒30min后投入冷水(25°C)中迅速冷卻，觀察涂層的表面變化，然后循環(huán)灼燒、冷卻。當非邊角處的涂層有1/3面積與金屬基體剝離時涂層失效，記錄至此的循環(huán)次數(shù)，作為涂層在相應(yīng)溫度下的熱震壽命。2結(jié)果與討論2.1涂層的表面形貌由圖1示出的各涂層外觀照片可見，S1和S4涂層均有一定程度的缺陷。前者主要表現(xiàn)在邊緣處的剝落和嚴重的縮孔現(xiàn)象，這可能是由于S1配方的陶瓷骨料在800°C熔融狀態(tài)下熱應(yīng)力分配不均，導(dǎo)致組分之間出現(xiàn)縮聚；后者的局部區(qū)域出現(xiàn)鼓泡和孔洞，相繼與基體脫離而失效。相比而言，S2和S3涂層基本保持表面平整致密，無明顯缺陷，表觀形貌較好。(a)S1(b)S2(c)S3(d)S4圖1不同骨料配方所制涂層的宏觀形貌Figure1Appearanceofthecoatingspreparedwithdifferentcompositionsofceramicaggregates由圖2可見，經(jīng)過800°C熔燒，，S1涂層的陶瓷骨料因燒結(jié)作用生成了熔融態(tài)的“柱狀”晶體[7]，它們之間呈現(xiàn)縱橫交織的“溝壑”形態(tài)，破壞了涂層的完整性。這些晶體可能是Al粉高溫熔化后生成的Al2O3，也可能是SiC、B4C的高溫聚集體。因為玻璃料熔化后難以完全填補陶瓷晶體之間的空隙，所以S1涂層表面孔洞較多。而S2涂層表面在微觀上基本保持平整，只在局部區(qū)域出現(xiàn)“褶皺”狀的重疊，產(chǎn)生了少量孔洞，這可能是由于在高溫作用下陶瓷組分的鍵合結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，導(dǎo)致形貌變化。S3涂層表面均勻完整，致密性較好，局部區(qū)域有大粒徑的陶瓷顆粒凸?
【作者單位】： 陸軍勤務(wù)學(xué)院軍事設(shè)施系;重慶鐵馬工業(yè)集團;94786部隊;
【基金】：重慶市研究生科研創(chuàng)新項目(CYS16238) 全軍后勤科研計劃重點項目(BX110C016)
【分類號】：TG174.453

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本文編號：2516175