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关于溶胶凝胶法在不锈钢基体上制备SiO_2-TiO_2-Al_2O_3防腐涂层的研究

作　者: 丁星池
导　师: A. P. Baker
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 溶胶凝胶涂层不锈钢防腐
分类号: TG178
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文中,三种体系的涂层,包括单一的SiO₂涂层,两种成分的涂层如SiO₂和Al₂O₃涂层, TiO₂和Al₂O₃涂层,以及三种成分透明保护性的SiO₂-TiO₂-Al₂O₃涂层,采用溶胶凝胶浸涂方法,在不锈钢基体表面成功制备。本实验中,有机物正硅酸乙酯、钛酸四丁酯分别作为氧化硅、氧化钛的前驱体,九水合硝酸铝则作为氧化铝的原料。硝酸作为催化剂,酒精用作溶剂。复合溶液通过三种前驱体的逐步水解而制得,涂层前,不锈钢经过表面处理,为涂层做好准备。所有的涂层都是通过浸涂机进行涂层,本实验中,我们选用40mm/min作为提拉速度。通过DTA, TG, SEM, EDX以及FTIR等相关设备对其结构和性能进行相关分析,涂层的防腐性能则是通过腐蚀之后的光学显微照片来观察其腐蚀的状况。从TG-DTA的结果我们可以看到热处理温度应该在550℃以上,但从光学显微镜照片来看,最理想的热处理温度应该选择700℃。同时,SEM观察显示,元素Si和Ti有细化涂层晶粒、涂层致密化的趋势,而元素Al则有相反的倾向。而且,红外显示,复合涂层中存在着Si-O-Ti-O-Al键,说明Si、Ti、Al三种元素都参与了涂层结构。腐蚀结果显示涂层致密、透明、抗酸腐蚀等性能。涂层能有效的保护、延迟、减弱酸对不锈钢基体的腐蚀。在盐酸中浸泡24小时之后,溶液及涂层颜色没有任何改变并且涂层完好。涂层不锈钢表面也没有刻蚀现象的产生。经过1mol/L的盐酸腐蚀180天之后,式样表面在表面处理时候留下的划痕的地方发生了轻微的腐蚀。其他的地方则依然完好。说明溶胶凝胶制备的涂层极大地提高了不锈钢的防腐能力。Tafel曲线的显示结果,也佐证了这一点,说明涂层提高了不锈钢的防腐能力。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
ACKNOWLEDGEMENTS  7-11
CHAPTER 1 INTRODUCTION  11-35
  1.1 Background  11-12
  1.2 Overview of sol-gel process and current studies on sol-gel dip coating at home and abroad  12-15
    1.2.1 Overview of sol-gel process  12-13
    1.2.2 Current studies on sol-gel dip coating at home and abroad  13-15
  1.3 The purpose and significance of research  15
  1.4 Introduction of sol-gel process  15-18
    1.4.1 Definition of sol-gel process  15-16
    1.4.2 The advantages and disadvantages of sol-gel process  16-18
  1.5 Principles of sol-gel process  18-32
    1.5.1 Sol preparation  18-24
    1.5.2 Sol-gel deposition methods  24-26
    1.5.3 Thickness control in dip coating process  26-30
    1.5.4 Microstructure control in sol-gel derived films  30-32
  1.6 Sol-gel coating on metals  32-35
CHAPTER 2 EXPERIMENTAL PROCEDURE  35-45
  2.1 Raw materials  35-36
  2.2 Sample preparation  36-39
    2.2.1 Preparation of substrates  36-37
    2.2.2 Preparation of coating solution  37-39
  2.3 Fabrication of coatings  39-40
  2.4 Heat treatment  40-41
  2.5 Characterization techniques  41-45
    2.5.1 TGA-DTA analyses  41-42
    2.5.2 Surface morphology (SEM)  42-43
    2.5.3 Compositional characterization (EDX)  43
    2.5.4 FTIR Analysis  43-44
    2.5.5 Electrochemical tests  44-45
CHAPTER 3 RESULTS AND DISCUSSION  45-64
  3.1 Phase transition studied by thermoanalysis  45-47
  3.2 The surface morphologies of coating analysis  47-59
    3.2.1 Optical microscopic images of coating analysis  47-51
    3.2.2 SEM Analysis of the coating  51-56
    3.2.3 EDX analysis of the coating  56-59
  3.3 FTIR analysis of the coating  59-60
  3.4 Evaluation of corrosion resistance  60-64
    3.4.1 Corrosion test  60-61
    3.4.2 Electrochemical polarization curves  61-64
CHAPTER 4 CONCLUSION  64-66
REFERENCES  66-72

关于溶胶凝胶法在不锈钢基体上制备SiO_2-TiO_2-Al_2O_3防腐涂层的研究

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