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等离子喷涂玄武岩涂层制备及其性能研究

作　者: 王苗苗
导　师: 丁向群
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 材料学
关键词: 等离子喷涂 玄武岩 涂层结构
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


许多陶瓷材料可以用于等离子热喷涂以形成耐磨、耐腐蚀涂层,也有关于矿物材料如滑石、堇青石、莫来石等通过等离子喷涂形成具有特殊性能的非晶材料,但关于采用天然玄武岩未主要原料进行喷涂的研究还很少见。本研究以玄武岩废料为主要原料采用直接制粉和烧结制粉两种工艺制备了等离子喷涂材料,在金属表面制备等离子涂层。采用颗粒形貌、颗粒分布、粉体流动性等指标评价了粉体性能。分析了粉体对涂层性能的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等观察了涂层组成、形貌和结构特征,分析了涂层结构形成过程,研究了涂层结合强度、耐腐蚀性,并探讨了涂层与金属基体结合机理及其腐蚀机理,探索在金属表面直接制备无机非金属涂层的新思路。研究表明玄武岩粉末具有多棱状结构,粒度分布范围则比较宽,流动性较差。经过烧结粉制备的玄武岩粉体颗粒更趋于圆滑,粒度分布比较集中,流动性有一定改善,更符合等离子喷涂对粉体流动性的要求。等离子喷涂过程中,烧结粉末颗粒熔化比较充分,易形成光滑的涂层表面形貌。未经烧结处理制备的喷涂材料为晶体结构,主要矿物成分为辉石和斜长石,次要矿物为橄榄石、角闪石,其制备涂层组织结构以非晶态为主,含有少量晶体矿物,如磁铁矿、透辉石、普通辉石、顽火辉石等。经过烧结、水冷处理制备的涂层材料,其结构主要为非晶态结构,含有少量的晶体矿物,如钛铁矿、钙长石、钠长石、橄榄石等,其喷涂获得的涂层组织结构以非晶态为主,少量晶体矿物为尖晶石、磁铁矿、刚玉等。制备的等离子喷涂玄武岩涂层为典型的层状多孔结构,未烧结粉的玄武岩涂层存在较多的熔化不充分的颗粒,涂层内部孔隙较多,且存在较多微裂纹。烧结粉玄武岩涂层结构致密,气孔明显减少,微裂纹减少。涂层与基体主要以机械方式结合,结合界面有孔隙、微裂纹等缺陷。烧结制粉玄武岩涂层和未烧结粉玄武岩涂层与基体的平均结合强度分别为5.83MPa和5.18MPa,粉体经烧结处理后制备的涂层与金属基体结合强度提高了12.5%。腐蚀性测试结果表明,玄武岩涂层具有很好的耐腐蚀性,且耐碱腐蚀性优于耐酸腐蚀性。烧结制粉玄武岩涂层耐腐蚀性好于直接制粉玄武岩涂层。以玄武岩为喷涂材料,用等离子喷涂工艺可以制备耐腐蚀性良好非晶态无机非金属涂层。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 等离子喷涂原理及特点  9-10
    1.1.1 等离子喷涂原理  9-10
    1.1.2 等离子喷涂的特点  10
  1.2 等离子喷涂材料种类与制备方法  10-11
    1.2.1 喷涂材料种类  10
    1.2.2 等离子喷涂材料制备方法  10-11
  1.3 等离子喷涂粉末材料特性  11-13
  1.4 以天然矿物为原料等离子喷涂研究现状  13-15
  1.5 等离子喷涂的应用现状及发展前景  15-17
    1.5.1 等离子喷涂涂层的应用  15-17
    1.5.2 等离子喷涂的发展及其前景  17
  1.6 主要研究内容及本研究意义  17-18
第二章 试验方法  18-28
  2.1 等离子喷涂玄武岩涂层材料的制备  18-19
    2.1.1 实验原料及设备  18
    2.1.2 涂层材料制备  18-19
  2.2 涂层材料性能检测  19-20
    2.2.1 涂层材料流动性及松装密度测试  19-20
    2.2.2 涂层材料粒度分布分析  20
    2.2.3 涂层材料形貌特征观察  20
    2.2.4 涂层材料的XRD 分析  20
  2.3 涂层制备  20-22
    2.3.1 喷涂设备及喷涂参数  20-21
    2.3.2 涂层制备  21-22
  2.4 涂层的结构及其性能研究  22-28
    2.4.1 涂层结构分析  22-23
    2.4.2 涂层结合强度测试  23
    2.4.3 涂层耐腐蚀性研究  23-28
第三章 等离子喷涂玄武岩涂层材料的性能  28-34
  3.1 玄武岩涂层材料的流动性及松装密度  28
  3.2 玄武岩涂层材料的颗粒粒度分布  28-30
  3.3 玄武岩涂层材料的形貌分析  30-31
  3.4 玄武岩涂层材料的XRD 分析  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 等离子涂层的显微结构及其力学性能分析  34-41
  4.1 涂层的显微结构  34-37
  4.2 等离子喷涂玄武岩涂层的物相  37-39
  4.3 涂层结合强度测试  39-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章 涂层的耐腐蚀性能  41-53
  5.1 HCl 溶液浸泡腐蚀  41-43
  5.2 H_2S0_4 溶液浸泡腐蚀  43-45
  5.3 NaOH 溶液浸泡实验  45-47
  5.4 饱和NaCl 溶液浸泡腐蚀  47-49
  5.5 电化学腐蚀实验  49-50
  5.6 腐蚀机理探讨  50-51
  5.7 本章小结  51-53
第六章 玄武岩涂层形成及腐蚀机理分析  53-59
  6.1 涂层粉体材料制备  53-54
  6.2 涂层形成  54-56
  6.3 涂层性能  56-57
  6.4 研究过程中的理论问题总结  57-59
第七章 结论与展望  59-61
  7.1 结论  59
  7.2 展望  59-61
参考文献  61-65
作者简介  65
攻读硕士期间期间发表的学术论文  65-66
致谢  66-67

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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 > 金属复层保护
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