鋁合金表面復(fù)合搪瓷涂層的制備與性能研究.pdf

1、鋁合金具有密度小、重量輕、易于成形加工等優(yōu)異性能，在機(jī)械、航空航天、汽車和食品等行業(yè)，可作為輕量化和節(jié)約能源的理想材料，然而其表面硬度低、耐磨性差，嚴(yán)重制約了它的應(yīng)用范圍。搪瓷為一種無(wú)機(jī)玻璃瓷釉，具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高等優(yōu)點(diǎn)，鋁合金表面搪瓷化可以使其既有金屬材料的強(qiáng)度和韌性，又有搪瓷的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使得鋁合金表面性能得到提高。
　　本文以制備具有高硬度、抗磨、耐腐蝕等優(yōu)良綜合性能的鋁合金表面搪瓷涂層為目

2、的，選用工業(yè)上應(yīng)用較廣泛的6061鋁合金作為基體，將其表面進(jìn)行搪瓷化處理。對(duì)鋁合金試樣采取不同的預(yù)處理方法：陽(yáng)極氧化預(yù)處理、等離子噴涂Ni/Al過(guò)渡層預(yù)處理、不做預(yù)處理；通過(guò)球磨，使瓷釉粉末達(dá)到亞微米級(jí)；以燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、試樣預(yù)處理作為變量，進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究不同工藝參數(shù)對(duì)搪瓷層組織和性能的影響。利用激光粒度分析儀分析球磨后的釉料粒度；利用顯微硬度計(jì)和渦流測(cè)厚儀分析涂層的硬度和膜厚；通過(guò)掃描電子顯微鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡、金相顯微

3、鏡，觀察涂層的表面形貌以及基體與過(guò)渡層、過(guò)渡層與瓷層界面處的微觀形貌；通過(guò)摩擦磨損試驗(yàn)、抗機(jī)械沖擊試驗(yàn)和耐酸腐蝕試驗(yàn)，測(cè)試搪瓷涂層的耐磨性、抗沖擊性以及耐酸性腐蝕等性能。
　　研究結(jié)果表明：以涂層硬度作為考察指標(biāo)，燒結(jié)的最佳工藝為陽(yáng)極氧化預(yù)處理，燒結(jié)溫度540℃，保溫時(shí)間4 min。在抗磨性、抗機(jī)械沖擊性、耐腐蝕性方面，經(jīng)陽(yáng)極氧化處理后的瓷層優(yōu)于Ni/Al噴涂預(yù)處理和未預(yù)處理的試樣。對(duì)比不同預(yù)處理試樣的表面形貌和截面形貌，陽(yáng)極氧化

4、預(yù)處理的瓷層組織較致密，界面處結(jié)合緊密，無(wú)明顯的氣泡、微裂紋等缺陷，表面平整光潔，而Ni/Al噴涂預(yù)處理和未預(yù)處理的瓷層中存在大量氣孔、微裂紋等缺陷，表面凹凸不平，結(jié)合不牢固，界面處存在微縫。
　　本試驗(yàn)采用亞微米級(jí)的釉料粉末，有效地縮短了原子擴(kuò)散的距離并增加了顆粒在液相中的溶解度，同時(shí)增大了系統(tǒng)的表面能和燒結(jié)推動(dòng)力，導(dǎo)致燒結(jié)速率增加和燒結(jié)溫度降低，達(dá)到低溫快燒的目的。陽(yáng)極氧化膜層表面多孔型的結(jié)構(gòu)，極大的增加了其與搪瓷層的接觸面積

5、以及釉料對(duì)過(guò)渡層的浸潤(rùn)性，同時(shí)，超細(xì)熔融釉漿進(jìn)入陽(yáng)極氧化膜的微孔中與基體形成鋸齒狀的機(jī)械錨合，結(jié)合更加緊密。搪瓷層與陽(yáng)極氧化膜的錨狀結(jié)合，以及兩者結(jié)合的復(fù)雜形狀使鋁合金能夠承受更大的沖擊力，并且瓷層能夠?qū)⑹艿降牧D(zhuǎn)移一部分到鋁合金基體上，從而使搪瓷層具有良好的抗機(jī)械沖擊能力。此外，陽(yáng)極氧化膜可以有效地阻止鋁合金基體與堿性釉料因直接接觸發(fā)生反應(yīng)放出氣體，緩解瓷層與鋁合金之間的熱膨脹系數(shù)差異，起到良好的過(guò)渡作用，消除氣泡、微裂紋等缺陷，使得