溶胶-凝胶技术提高不锈钢抗高温氧化及铝合金阳极氧化膜耐蚀性能的研究

摘要

钢和铝作为世界上使用量最大的两种金属，其服役时间和服役质量已经成为人们越来越关心的问题。钢铁在高温环境中易发生氧化反应而失效，铝合金阳极氧化后耐腐蚀性能提高，但是在海水或酸性环境中其耐蚀性能则略显不足。因此，研究如何提高钢铁的抗高温氧化性能和铝合金阳极氧化膜的耐蚀性能具有重要意义。
　　本文采用溶胶-凝胶技术在不锈钢表面制备了ZrO2、Al2O3及其复合涂层。微观组织形貌表明，涂层表面平整且无裂纹产生，单次提拉制备的ZrO2和Al2O3涂层厚度分别约为11nm和19nm，其相组成分别为四方结构的Zr0.92Y0.08O1.96和立方结构的γ-Al2O3。高温氧化结果表明，ZrO2和Al2O3涂层的抗高温氧化性能随涂层厚度增加而逐渐提高;ZrO2-Al2O3复合涂层结合了ZrO2涂层高热膨胀系数和Al2O3涂层低氧元素扩散系数的优点，表现出比单一体系的ZrO2和Al2O3涂层更为优异的抗高温氧化性能;总提拉次数相同时，ZrO2-Al2O3复合涂层抗高温氧化性能随ZrO2涂层提拉次数的增加或Al2O3涂层提拉次数的减少呈现出先增强后减弱的变化规律;ZrO2和Al2O3涂层提拉次数不变时，ZrO2-Al2O3复合涂层的抗高温氧化性能随相邻相同成分的ZrO2或Al2O3涂层提拉次数增加而逐渐增强。
　　本文采用溶胶-凝胶技术对铝合金阳极氧化膜进行封孔处理。微观组织形貌表明，封孔处理后铝合金阳极氧化膜表面无裂纹产生，氧化锆和氧化铝溶胶封孔处理后铝合金阳极氧化膜相组成分别为四方结构的Zr0.92Y0.08O1.96和立方结构的γ-Al2O3。交流阻抗和剥蚀结果表明，封孔处理后铝合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能提高，且随封孔次数的增加耐腐蚀性呈先逐渐提高后趋于稳定的变化规律，在相同封孔工艺条件下，氧化铝溶胶封孔处理后铝合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能优于氧化锆溶胶封孔处理。
　　本文采用溶胶-凝胶技术在不锈钢表面制备涂层，并对铝合金阳极氧化膜进行封孔处理。研究了涂层抗高温氧化性能随涂层厚度和涂层排列组合方式变化的规律性，以及封孔次数对铝合金阳极氧化膜耐腐蚀性能的影响规律，对涂层抗高温氧化和阳极氧化膜封孔具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 不锈钢抗高温氧化

1．2．1 金属高温氧化的基本过程

1．2．3 金属高温氧化的主要影响因素

1．2．4 金属高温氧化动力学规律

1．3 铝合金耐腐蚀性能

1．3．1 铝合金阳极氧化

1．3．2 铝合金阳极氧化膜封孔处理技术

1．4 溶胶-凝胶技术

1．4．1 溶胶-凝胶的基本原理

1．4．2 溶胶-凝胶法制备涂层

1．4．3 溶胶-凝胶法对铝合金阳极氧化膜进行封孔处理

1．5 目的与意义

1．6 本研究的主要内容

第2章 实验内容及研究方法

2．1 实验材料

2．2 实验仪器与化学药品

2．3 实验试样制备及预处理

2．3．1 试样制备

2．3．2 预处理

2．4 氧化锆和氧化铝溶胶制备

2．5 不锈钢表面涂层制备及抗高温氧化性能检测

2．5．1 不锈钢基体表面涂层制备

2．5．2 涂层抗高温氧化性能检测

2．6 铝合金阳极氧化膜封孔处理及耐腐蚀性能检测

2．6．1 铝合金阳极氧化及封孔处理

2．6．2 交流阻抗法检测阳极氧化膜的耐腐蚀性能

2．8．2 剥蚀法检测阳极氧化膜的耐腐蚀性能

第3章 涂层抗高温氧化性能研究

3．1 涂层微观组织形貌分析

3．2 涂层高温氧化行为

3．2．1 ZrO2和Al2O3涂层高温氧化行为

3．2．2 ZrO2-Al2O3复合涂层高温氧化行为

3．3 高温氧化后涂层形貌分析

3．4 本章小结

第4章 封孔处理后阳极氧化膜耐腐蚀性研究

4．1 封孔处理后阳极氧化膜微观形貌分析

4．2 交流阻抗法检测分析

4．3 剥蚀法检测分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果