溶胶—凝胶法SiO2封孔涂层的制备及性能研究

作     者：王栋 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡启舟

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：SiO2溶胶-凝胶 封孔涂层 耐蚀性 抗氧化性 

摘      要：本文利用有机醇盐水解法开发了一种SiO2溶胶封孔剂,采用浸渍一提拉制膜法,在热喷涂涂层表面和镁合金微弧氧化膜层表面制备了SiO2封孔涂层。分析了封孔层对多孔陶瓷层的致密度和表面光洁度的影响;研究了封孔处理对热喷涂试样和镁合金微弧氧化试样的耐腐蚀性和耐热性的影响。研究结果表明: 以正硅酸乙酯为原料,乙醇为溶剂,盐酸为催化剂,可制备均匀、透明SiO2溶胶。当溶胶暴露于空气中的时间超过200min后,粘度显著增加,说明溶胶开始凝胶化。傅立叶红外光谱分析结果表明溶胶中含有Si-O-Si键,即溶胶中有SiO2微粒存在。而且干凝胶的Si-O-Si键的伸缩振动吸收峰强度不随热处理温度的变化而变化,说明此封孔剂有很高的耐高温性能。干凝胶的X一射线结果与熔融石英的X一射线结果相似,以短程有序的非晶态为主要特征,短程有序的范围在3-8nm内。不同温度处理涂层干凝胶中的微粒粒度随温度几乎没有变化。 采用SiO2溶胶对大气等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层进行封孔处理,涂层表面可获得致密的SiO2封孔层,显著提高NiCr-Cr3C2涂层的致密度和表面光洁度。在硫酸涂刷腐蚀试验中,封孔处理后热喷涂涂层的腐蚀失重由未封孔的1.561mg/cm2降至0.662mg/cm2,表明封孔处理可显著提高涂层的耐硫酸腐蚀能力。利用SiO2溶胶制备的涂层可使不锈钢试样的氧化增重显著降低,对基材的高温氧化能起到良好的保护作用。经SiO2封孔处理的热喷涂试样在750℃铝液具有良好的附着力。 利用SiO2溶胶对镁合金微弧氧化膜层进行封孔处理,通过膜层截面形貌观察和成分分析可知,SiO2溶胶可浸入微弧氧化膜的孔洞,并填满孔洞,形成有效封孔。5%NaCl水溶液浸泡腐蚀试验结果表明,封孔处理可使微弧氧化镁合金试样的腐蚀速率由106mg/m2h降至32mg/m2h;另一方面,封孔处理可显著提高镁合金微弧氧化试样在410℃下的抗氧化性能,由此可知,SiO2封孔涂层对镁合金基体有很好的保护作用。