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陶瓷复合涂层的耐锌液腐蚀机理研究

作　者: 张然
导　师: 阎殿然
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 等离子喷涂 耐锌腐蚀 固溶体 陶瓷材料
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文以合金、陶瓷及复合粉体为原料,通过等离子喷涂工艺在金属套管外层表面制备了陶瓷复合涂层。陶瓷复合涂层由合金底层、FeAl2O4/Fe/Al2O3复合中间层及ZrO2陶瓷工作层构成,实验数据表明,该涂层在高温条件下具备优秀的耐锌液腐蚀性能。在合金底层材料的选择过程中,考虑到陶瓷复合涂层的实际使用环境,采用Fe-Al合金取代了传统的Ni/Al合金。实验证明,由Fe-Al合金中的金属间化合物有着优秀的耐锌液腐蚀的性能,在高温抗氧化性能方面优于Ni/Al合金,并且在涂层结合力方面也有着不错的表现。由于ZrO2陶瓷涂层和Fe-Al合金涂层之间的热膨胀系数存在较大的差距,不利于二者高温条件下长时间的结合,故在它们中间加入了FeAl2O4/Fe/Al2O3复合中间层,这是一种金属/陶瓷复合材料,有效地降低了涂层间的应力,并且具有优秀的耐锌液腐蚀性能,提高了陶瓷复合涂层的整体寿命。实验中通过等离子喷涂Fe-Al合金粉体制备涂层,比较了Fe-Al和Ni/Al合金底层的结合强度、抗氧化强度及耐腐蚀寿命,分析Fe-Al合金涂层的耐锌液腐蚀行为,总结了Fe-Al合金会在一定程度内固溶锌原子,形成Fe-Al-Zn三元固溶体,并随着腐蚀进行三元相会分解形成Fe-Zn合金的规律。通过反应等离子喷涂Fe2O3/Al复合粉体制备了FeAl2O4/Fe/Al2O3复合涂层,观察并分析了涂层的结构及相分布。通过腐蚀实验研究了FeAl2O4/Fe/Al2O3复合涂层在高温锌液中的耐腐蚀机理,着重分析了FeAl2O4在锌液中的变化过程,得到了FeAl2O4→Zn(FexAl2-x)O4→ZnO+δ→δ+L→L的结论。实验中依次在金属套管基体表面制备Fe-Al层、FeAl2O4/Fe/Al2O3层,在最外层通过喷涂ZrO2粉体制备了具备高硬度和高耐腐蚀性能的ZrO2涂层。通过模拟加热管的实际生产环境,研究分析了陶瓷复合涂层的腐蚀寿命及破坏过程。本文最后通过分析目前涂层的一些欠缺提出了该耐锌腐蚀涂层发展的展望,即提高涂层的耐腐蚀寿命和涂层间的结合强度。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 热镀锌的应用与发展  10-14
    1.1.1 热镀锌的历史  10
    1.1.2 热镀锌的加热方式介绍  10-12
    1.1.3 内加热管的介绍  12-14
  1.2 课题的提出  14-17
    1.2.1 耐锌腐蚀技术存在的问题  14-15
    1.2.2 等离子喷涂技术  15-17
  1.3 立题依据  17-19
  1.4 课题研究内容及研究路线  19-21
    1.4.1 课题研究内容  19
    1.4.2 研究路线  19-21
第二章 实验设备及方法  21-26
  2.1 涂层制备工艺  21-23
    2.1.1 等离子喷涂设备  21-22
    2.1.2 等离子喷涂工艺参数  22-23
  2.2 静态耐锌液腐蚀试验  23-24
    2.2.1 耐液锌腐蚀实验设备  23
    2.2.2 试样的制备  23-24
    2.2.3 耐液锌腐蚀实验  24
  2.3 涂层的检测  24-26
第三章 合金底层的制备及耐蚀研究  26-42
  3.1 合金底层材料的选择(Fe-Al 涂层与Al/Ni 涂层的比较)  26-32
    3.1.1 耐腐蚀性能的比较  26-30
    3.1.2 涂层与基体结合的强度比较  30-31
    3.1.3 涂层高温抗氧化性能的比较  31-32
  3.2 Fe-Al 合金涂层在锌液中的腐蚀机理  32-40
    3.2.1 Fe-Al 涂层的制备及腐蚀试验  32-33
    3.2.2 试样检测及分析  33-38
    3.2.3 实验结果讨论  38-40
  本章小结  40-42
第四章 中间复合层的制备及腐蚀机理  42-49
  4.1 中间复合层的引入  42
  4.2 涂层腐蚀机理的分析  42-47
    4.2.1 复合涂层的制备  42-43
    4.2.2 试样检测及试验结果分析  43-47
  4.3 讨论  47
  本章小结  47-49
第五章 陶瓷复合涂层的耐锌液腐蚀性能  49-56
  5.1 陶瓷复合涂层结构设计  49-51
  5.2 陶瓷复合涂层腐蚀试验  51
  5.3 腐蚀现象及涂层破坏形式分析  51-55
  本章小结  55-56
第六章 结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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