高铝球石组分与不锈钢基体有明显的元素的渗透与扩散

　　现代工业技术的不断发展对金属材料性能提出了更高的要求。在苛刻的工作环境下和特定的工作部位，需要金属材料具备耐高温、耐腐蚀、抗震动、耐冲刷等特性，在金属表面涂覆高铝球石，可有效提高金属材料上述性能。本课题采用料浆法在1Cr18Ni9不锈钢表面分别制备以SiO2和MgO为主相的高铝球石，探讨制备过程中的涂覆工艺及烧结工艺对表观形貌的影响。通过Factsage热化学分析软件，对高铝球石进行模拟，分析其烧结过程中的热化学变化及相变过程。采用TG-DTA考察在不同温度下的热化学反应过程。利用金相显微镜和SEM观察高铝球石表面和断面形貌并进行线扫描分析。通过XRD分析高铝球石的组成及结构，并对高铝球石的硬度、抗热震性能、高温氧化性能、耐腐蚀性能进行表征，SiO2系高铝球石表面致密、平整、光滑，内封闭有气泡。XRD物相分析表明，SiO2系高铝球石主体为无定形硼酸盐玻璃相同时参杂有少量SiO2晶体。MgO系高铝球石表面平整光滑。XRD物相分析表明，MgO系高铝球石为无定形玻璃相和Ca3MgSi2O8、Mg2SiO4，说明在MgO系高铝球石的高温烧结过程中，各氧化物组分反应，熔融形成玻璃相。

　　以磷酸、氢氧化铝为主要原料合成金属基高铝球石用无机结合剂和以此结合剂及高铝球石骨料在A3钢基体上制备高铝球石的研究结果。在无机结合剂的合成过程中，研究了合成反应的动力学过程及其合成温度、Al/P和热处理温度对无机结合剂相组成的影响，同时讨论了添加剂加入量与无机结合剂保存时间的关系。在Al/P为1.4:3，合成温度为120～140℃的条件下制备出了酸度适中、粘结性能好的金属基高铝球石用无机结合剂。加入适量的草酸，其保存时间可达2个月。在制备金属基高铝球石的研究中，分别研究了骨料与结合剂配比、骨料粒度、结合剂的密度及Al/P对耐磨性的影响。研究得出：当结合剂的Al/P为1.4:3、密度为1.63g/cm~3时，向其中加入粗颗粒含量为40%的高铝球石骨料，于A3钢基体上制备出了耐磨性能优于金属基体的高铝球石。该可以采用化学硬化和热硬化，其硬化机理分别是与硬化剂反应，或在加热条件下，磷酸盐聚合成网络结构的大分子而产生结合强度。

　　与基体的界面结合机理，与基体材料在界面处相互扩散形成过渡层以及宏观上的机械联锁使与基体在界面处牢固结合。该高铝球石的莫氏硬度为8，显微硬度为HV500～550，能经耐受700℃以上的高温作用，且能耐受20℃～400℃的冷热循环10次以上的热冲击而不开裂、脱落，其常温耐磨性能为A3钢的2倍左右，研制的高铝球石涂料在广东沙角电厂得到了成功的应用。就采用无机结合剂制备金属基高铝球石的工艺和性能而言，国内外尚未有类似的报导。这一研究结果不仅为采用无机结合剂制备金属基高铝球石提供了理论依据，而且为解决工业生产中金属管道的磨损问题提了一条有效的途径。

　　线扫描分析结果显示，制备得到的SiO2系、MgO系高铝球石与不锈钢基体有4~7μm的元素扩散层，表明高铝球石组分与不锈钢基体有明显的元素的渗透与扩散，高铝球石与不锈钢基体不仅有机械嵌合同时还有化学结合，结合紧密；硬度测试表明，所制备的SiO2和MgO系高铝球石最大硬度值分别为642.13MPa和495.0MPa，约为不锈钢的2~3倍。所制备的SiO2系和MgO系高铝球石在10%NaCl溶液中，腐蚀5天后表面完好，具有良好的抗盐蚀性能，MgO系高铝球石在10wt%NaOH溶液中，腐蚀5天失重0.21mg/cm2，具有一定的耐碱腐蚀性。热震试验表明：在800℃下热震次数高于17次，MgO和SiO2高铝球石无脱落，无裂纹，抗热冲击性能优异。在700℃下抗氧化试验表明，所制备的SiO2系、MgO系高铝球石，氧化16h后增重分别别0.052mg/cm2和0.023mg/cm2，具有优异的高温抗氧化性能。

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