固定网络增强的高性能复合涂层制备工艺

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1、摘要本研究通过超音速活性电弧喷涂和热浸镀等方法在低碳钢表面形成铝合金层，利用微弧氧化等化学方法在基体上生成底层致密表层多孔，由底层至表层结构梯度变化，有相当高强度的网络结构氧化铝陶瓷层。然后再将聚合物涂料涂覆在其上面，形成金属材料、陶瓷材料、高分子材料组成的高性能复合涂层，该涂层综合利用了各种材料的优点，克服了仅仅使用单一金属、陶瓷、高分子材料所带来的不足。作者对在铝合金镀层上生成氧化铝膜的电化学方法和微弧氧化法进行了试验，重点研究了微弧氧化生成网络结构氧化铝陶瓷层的工艺和条件，并采用x射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、电子探针x射线显微分析仪(EPMA)、AV

2、S一1000显微硬度计、MTS810试验机、QFH—A型漆膜划格仪、表面轮廓仪(KLA—TENCORAlpha—Step500)、电化学腐蚀仪(PS．／68)、MM一200磨损机等技术以及相关性能测试手段对复合涂层的结构、性能和界面特征进行了较为深入和系统的研究。研究结果表明镀铝低碳钢微弧氧化成膜的必要条件是镀铝层必须致密、均匀、并且要有一定的厚度。铝层厚度与微弧氧化工艺有关，能量密度越大，所需的铝层厚度也越大，这样，陶瓷层的多孔层的孔洞就不会穿透到碳钢表面，造成钢材与铝合金界面的腐蚀。实验还发现陶瓷层的厚度随电流密度和氧化时间的增加而增大。陶瓷层主要由Y—A1203、6一A

3、lcOa、q—A1203、无定型氧化铝及莫来石组成。从基体层到铝层到陶瓷层，氧元素和硅元素含量逐步增加。网络陶瓷层的孔洞是由超音速电弧喷涂形成的“一级孔洞”和微弧氧化形成的“二级孔洞”构成，“一级孔洞”的平均尺寸为80um左右，“二级孔洞”尺寸一般小于2utilt，陶瓷层表面粗糙度Ra大于70um。在陶瓷层表面发现有针状莫来石，这些莫来石交织在陶瓷表面有利于提高涂层的韧性。陶瓷层中致密层的维氏显微硬度大于1300MPa，耐磨性比A3钢提高了2—3倍。纯铝层与基体的结合是机械结合和化学结合，结合强度达38MPa，铝和陶瓷层属于化学结合，结合强度也非常良好。在网络陶瓷层表面涂覆聚

4、合物后构成复合涂层，陶瓷层与聚合物之间的结合属于机械嵌合，其结合强度比直接在A3钢表面涂覆提高了很多，耐磨性比纯聚合物材料提高了3—4倍，耐腐蚀性比A3钢提高了10倍。本论文还初步探讨了微弧氧化成膜和成孔的机理，分析了本项目研究的工艺制备增强涂层的经济性和优缺点。华南理工大学硕士学位论文关键诃：微弧氧化；热浸镀：超音速电弧喷涂；网络；氧化铝Ⅱ垒里塑坠坚．————ABSTRACTThroughhighvelocityactivatedarcspraying(HVAA)andhot—dipmethods，thealuminumalloycoveringwascoatedonthe

5、surfaceoflowcarbonsteel．Thehighstrengthaluminaceramiclayerwithnetworkstructurewasfabricatedonthesubstratebymicroarcoxidationandotherchemicalmethods．Thestructureoftheceramicscaleisporousinthesurfacelayerandcompactinthebottomlayer，itisvariedgraduallyfrombottomtosurface．Thepolymerpaintisapplie

6、dontheceramicsurfacetoformahighperformancecompositecoatingconsistsofmetallic，ceramicaswellaspolymermaterials．ThecompositecoatingtakesUSeoftheadvantagesofthematerialsused，andcanovercomethedisadVantagesresultingfromthatonlyasinglematerialisapplied．Theauthorstriedthemethodstoformceramicscaleon

7、thealuminumalloycoveringwhichincludingtheelectrochemistrymethodandthemicroarcoxidationprocess．Themicroarcoxidationprocessandtechnicalconditionstomakenetworkaluminaceramiclayeristheemphasisofthispaper．Themicrostructure，properties，performanceandtheinterfac