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1、2006年第1期(第109期)佛山陶瓷11金属预处理对微晶玻璃/金属复合材料结构的影响郑伟宏程金树吴国燕刘健(武汉理工大学硅酸盐工程教育部重点实验室湖北武汉430070)摘要微晶玻璃/金属复合新型装饰材料是一种具有绿色环保、质轻、方便安装、装饰性强等多种优良性能的复合材料。在微晶玻璃与金属基体复合过程中,金属基体的表面处理及预氧化处理对两者结合质量有较大的影响。本文借助SEM及电子探针等测试手段从微观角度对金属基体进行了研究,并初步探讨了金属基体的氧化机理。关键词微晶玻璃/金属复合材料,界面结合,预氧化处理1引言2.1实验原料本实验选用的金属是普通低碳钢Q2
2、35,其化学成分微晶玻璃/金属复合装饰材料是一种既具有微晶玻如表1所示。依据两种不同性质的材料复合的条件,通过璃的优势,又具有金属易加工、韧性好等优良性能的复多次研究和实验,设计出微晶玻璃的组成范围,见表2。合材料,有广阔的发展前景[1]。微晶玻璃与金属复合的工2.2微晶玻璃/金属复合材料制备艺参数包括热处理温度和时间、金属表面氧化程度、保选用化学纯的原料按表2组成配料,混合均匀后置于护气氛的控制等,这些因素决定了微晶玻璃与金属的结普通坩锅中,在硅钼炉中升温至1250～1350℃,保温1～合强度、耐冲击等性能。微晶玻璃与金属的复合,主要是2h,水淬;将烘干后
3、的玻璃放在玛瑙碾钵中研磨,过250目利用金属的氧化物和微晶玻璃复合,金属预处理温度、筛,用有机溶剂使之悬浮,制成含30%～70%玻璃的浆料。用预处理时间对金属基体表面氧化程度影响很大[2,3,4],所搪瓷涂覆法,把制好的玻璃浆料涂覆在经过预处理的金属基以直接影响着微晶玻璃与金属复合的效果。为了获得性体上,然后放入烘箱中,在200℃左右烘干,再放入600℃马能良好的微晶玻璃/金属复合材料,金属预处理工艺及弗炉中,快速升温至800℃,保温10min后随炉冷却。工艺参数[5,6,7]的优化非常重要。2.3性能测试2.3.1SEM分析用日本SX-40型扫描电镜观察金
4、属基体表面特征和2实验表1Q235基体的化学成分(wt%)元素CSiMnSPFe含量0.180.250.500.0220.001899.0462表2微晶玻璃的化学组成范围(wt%)组成Li2OSiO2ZnOAl2O3K2OP2O5B2O3含量8～2060～800～50～50～30～60～512FOSHANCERAMICSVol.16No.1(SerialNo.109)微晶玻璃/金属的界面结合状态。由图1可见,不经处理的表面较平滑、无蚀坑,有氧2.3.2电子探针元素分析化皮、油渍等杂质;酸洗后除去了表面氧化皮、油渍污垢,用电子探针测定界面元素分布。表面有酸腐蚀
5、的痕迹和细小的腐蚀产物,表面变得粗糙;喷砂表面无腐蚀产物,由于砂粒的摩擦作用,使表面产生3结果与讨论了塑性变形和砂粒摩擦金属表面的痕迹、存在大量沟槽,沟槽边缘棱角分明。酸洗后表面形貌为蚀坑形貌;砂磨后微晶玻璃和金属是两种性质截然不同的材料,要将形貌为沟槽形貌,后者利于涂层与金属基体的结合。两者紧密地结合在一起,可从两方面加以改善:一方面是3.1.2不同表面处理后的涂层质量对金属基体表面清洗、砂磨以除去表面异质鳞皮,使表面图2为三种状态下涂层与基体界面结合形貌图。由粗糙化,从而增加与玻璃的接触面积;另一方面是对金属进行适当预氧化处理,在基体表面生成一层氧化膜,
6、形成图可见:不经任何处理,基体表面与涂层结合较差,有明的氧化膜可促进微晶玻璃对金属基体的润湿,有利于微显的分界层;经有机溶剂及酸洗后,涂层中存在大量的气晶玻璃与基体金属间的化学粘附。泡,有的在金属与涂层界面,有的在涂层中间,严重影响3.1不同表面处理对复合材料的影响了微晶玻璃/金属的界面结合;砂磨处理后的涂层较酸金属在外界环境下长时间放置,表面会覆盖氧化皮、洗后的涂层致密、均匀,界面结合良好,涂层进入到原砂绣斑和油污等污渍,不易为表面涂层所润湿,从而降低表磨处理在表面形成的沟槽中形成机械锁定,增强了涂层面涂层与基体的结合性。所以涂覆前金属基体表面处理与基体金
7、属的结合,界面无裂纹。对复合材料质量有很大的影响。3.2金属预氧化处理对复合材料的影响3.1.1不同表面处理后金属的表面形貌图1(a)、1(b)、1(c)分别为不经任何处理、有机溶剂3.2.1金属热处理温度的影响清洗及酸洗、有机溶剂清洗及砂磨处理后金属基体表面的金属预处理温度是微晶玻璃与金属两种材料复合的扫描照片。一个重要工艺参数。本实验先对基体金属进行清洗、砂磨(a)不经任何处理(a)不经处理界面(b)有机溶剂清洗且酸洗处理(c)有机溶剂清洗且砂磨处理(b)酸洗界面(c)砂磨界面图1经不同表面处理后基体表面SEM形貌(×2000)图2微晶玻璃与金属基体的界
8、面SEM形貌(×2000)2006年第1期(第109
