反应热喷涂法制备陶瓷涂层的研究

佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２１ ０ １年
Ａ ２ ３ Ａ Ｂ Ｏ ３ 硼酸 铝 ， 写 作 ９ １Ｏ ２ ２ １ ， １ ４ ３（ Ｏ ８ 也 Ａ ２ ３・ Ｂ Ｏ ）
１９ ０ ０℃
Ｂ ｓ Ｔ （ ）一 ＴＢ （ ） （ ）＋ ｉ ８ ｉ２ ｓ
１ ９ ￣ ００
研 究． 结果表 明：１ ＴＯ ＋ ３ Ｏ 混合粉体差热 一 Ａ ＋ ｉ２ Ｈ Ｂ ３ 失重分析和在 １０ ℃烧结后 Ｘ Ｄ测试分析 ２０ Ｒ
均表 明完全 可 以反 应 生 成所 需的 Ａ： ，ＴＢ 合 陶瓷涂 层 ． 制备 陶 瓷 涂层 的 耐磨 性 要 比基 体 ｌ ／ ｉ 复 Ｏ 所
提 高 １倍 左 右．
（） １
和 ＴＢ ． ｉ：从衍 射峰 的强度看 ， ｉ ０一Ａ２ ３Ａ ＴＯ ，【 １ ， １ Ｏ ＢＯ， ， 的含量都较 ＴＢ 的含量高 ， ｉ： 并且 三者的含量
相近 ． 明在此 温 度下 完 全 可 以获 得 含 有 ＴＢ 说 ｉ２的
１Ａ（ ）＋ ＴＯ （ ）＋ Ｂ Ｏ （ ） ０ １１ ３ ｉ２ ｓ ３ ２ ３ １
断这可能是由于 Ａ 与 Ｂ Ｏ 发生铝热还原反应所 ｌ ：， 造成的． （ ） ９０ ４ 在 ８ ℃左右 出现 了一个 弱的放热 峰， 可 能发生 了 Ａ 与 ＴＯ ｌ ｉ 的反应 ．
（ ）１９ ｏ左右 出现了一个强的放热峰 ， ５ ００（ ２ 对此 的分析如下 ：３ 、４ 的反应 因为动力学因素的限 （ ）（ ）
第２ ９卷 第 ３期
２ １ 年 ０ 月 ０１ ５
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｆ ｉ ｓ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｎ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ｌ ａ ｉ ｎｖ ｓｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｅＥ ｉｏ ） ｎ ｏ Ｊ ｍｕ ｅ ｉ ｕ ｎ ｉ
部 分 Ａ 来 自于 涂层 的 底 层 当 中 ， 喷 涂底 层 过 程 ｌ 在
中 Ｎ 与基体 中的 Ｆ 化合 生成 了 ＦＮ ｉ ｅ ｅ ｉ这一金属 间化合物 ， 还有部分 Ａ 来 自于喷涂用 的原料 当中； ｌ ＴＯ 全部来 自于喷涂原 料 ； ｉ： 没有检 测到含有 Ｂ元
在喷涂 Ａ ＋ ３ Ｏ ＋ ｉ２ ｌ Ｈ Ｂ ３ ＴＯ 混合粉体前在 Ｑ ３ ２５ 钢基体表面喷涂了钴镍包铝粉体 ， 以提高涂层与基
酸 和二氧化钛混 合粉 体． 喷涂参 数 如表 １ 所示 ．
表 ｌ 喷涂 参数
使用的机械设备 ， 有关部件 的磨损 、 腐蚀损耗 情况 严重 ． 为了提高金属材料的耐磨性 、 耐蚀性 ， 喷涂陶 瓷涂 层 是 一个 行 之 有 效 的方 法 … ． 陶 瓷 材 料 中 而 的 ＴＢ ｉ 由于其具有高熔 点、 弹性 模量大 、 硬度高 、
关键 词 ： 涂 层 ； 喷涂 ； 陶瓷 ； 耐磨 性
中 图分类 号 ： Ｔ １４４ Ｇ ７ ．
文 献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
由于铁 矿 等 自然 资源 的 过度 消耗 ， 得节 约 资 使 源 的行 动迫 在眉 睫 ． 特别 是 在 大型 的 工矿 企业 中所
体， 高压空气作为助燃气体喷涂一定 比例的铝粉、 硼
体的粘结性． ３ 图 为火焰喷涂后涂层 的 Ｘ Ｄ图谱 ， Ｒ
其中（ ） １ 为采 用工艺参数 １ 所做涂层 的 Ｘ Ｄ分 ＃ Ｒ
析， 以此类 推 ． 涂层 中的主 要 物 质 为 Ａ ， 和 Ｎ，ｅ并 且 含 ｌＭ ｉ ， Ｆ
素 的相是由于 Ｈ Ｂ ， ，Ｏ 在受热脱水后产生的全部是
第 ３期
石春 艳 ， ： 应 热喷 涂 法制备 陶瓷 涂层 的研 究 等 反
３３ ９
４０所 有 偏 硼 酸 继 续 脱 去 一 分 子 水 ， 成 非 晶 态 ￣ 生
Ｂ２ ． Ｏ３
应 于 铝 的 熔 点 ， 明 ６０ ４０以后 ， 料 中加 入 的 表 ６．￣ 原 铝 粉都 已经 熔化 ， 以液态 铝 的形 式存 在 于系统 中．
耐磨损、 耐腐蚀 的特性 ， Ｊ越来越 多的引起科学工 作者的兴趣 ， 并把它 应用 于涂层材 料 中Ｅ４ 本文 ３１ ，．
以铝 粉 、 硼酸 和 二氧 化钛 为原 料 通过 氧 一乙炔 火焰 反应 热 喷涂法 在 Ｑ ３ ２５钢 表 面 制 备 陶瓷 保 护 层 ， 拟 提高 整体 的耐 磨性 ．
（ 佳木斯大学材料 科学与工程学院。 黑龙江 佳木斯 １４ ０ ） ５ ０ ７
摘
要 ： 首先 通过 差 热 一失重分 析 和 Ｘ Ｄ测试 手段 对反 应 热喷 涂 Ａ ＋ ｉ ２ Ｏ Ｒ ｌ ＴＯ ＋Ｈ Ｂ 混合 粉体
以制备 Ａ ： ，ＴＢ ｌ ／ ｉ 复合 陶瓷涂 层 的可 行性进 行 了分 析． Ｏ 然后 对 喷 涂后 试样 涂 层 的 耐磨 性 进行 了
非晶态的 ＢＯ ， Ｂ ０ 在喷涂过程 中没有与任何 且 ： ，
物 质发 生反 应 ， 至 于最 终还 以非 晶态 的 ＢＯ 以 ，的
形式粘结在基体表面 ， 以在利用 Ｘ Ｄ进行物相 所 Ｒ
有少量的 ＴＯ ， ｉ：没有任何含 Ｂ元素的相 出现． ｉ Ｎ 和
分析是没有检测到含有 Ｂ元素的物相． 综上所述 ，
ＤＳ ｍＷ ／ ） Ｃ（ ｍｇ
（ ）６ ． ￣ 现 明 显 的 吸 热 峰 ， 峰 正 好 对 ２ ６０４Ｃ出 此
图 １ ＋ ＋ ｉ２ Ｈ Ｂ ３ ４ ＴＯ ＋ ３ Ｏ 混合粉体的 Ｄ Ａ曲线 １ Ｔ
图２ Ｉ ３０ Ａ ＋Ｈ Ｂ ３＋ＴＯ ｉ２系统烧结后样品 的 Ｘ ＲＤ图谱
（ ） ８０（ 右 ， ３ 在 ０ ￣左 ２ 出现 一较小 的放热 峰， 再 结合热力学分析中的反应焓变 一 温度曲线 ， 可以推
１ ）理 论上 可 以通 过 Ａ ＋Ｈ Ｂ ３ ｉ ｌ ３ Ｏ ＋ＴＯ 混合 粉 体 的热反应 喷 涂制 备 Ａ： ，ＴＢ 复 合 陶瓷 涂层 ． １ ／ ｉ ０
合． 因为 Ａ 和 ＴＯ 的特征峰强度是 随着压缩空气 ｌ ｉ 压力的增加而增强． 具体这个涂层 的强度是好是坏 我 们下 面对 分子 水 ， 失 生成 偏硼 酸 ， １７ 在 ７．
基金 项 目： 佳木斯大学面上项 目（２ ０ ０６ ； １０９— ９ ）佳木斯大学耐磨材料工程技术 中心项 目； 木斯大学重点项 目（Ｚ０９— １） 佳 Ｌ２０ ０２ ． 作者 简介 ： 石春艳 （９ ２一 ， ， １８ ） 女 黑龙江牡丹江人 ， 硕士研究生 ， 主要从事陶瓷相关材料研究 ．
２ 分 析 及 讨 论
２ １ 差热 分析 ．
本实验选择基体材料为 Ｑ ３ ２ ５钢 ， 首先采用线 切割机对钢板进行切割处理 ， 所得喷涂用基体尺寸
为１ ０×１ ｍｍ． 后 采 用丙 酮 和酒 精擦 洗 、 洗 ０Ｘ３ 然 浸
为了初步确定 Ａ ＋ ｉ ， Ｏ 混合粉体反 ｌ ＴＯ ＋Ｈ Ｂ ３
２４ 耐磨 性 分析 ．
２ ）实际喷涂中由于火焰喷涂时间非常短不能
够 达 到理想 的效 果 ．
３ ）含 ＴＯ 的复合 陶瓷涂层 明显 改善 了基体 ｉ： 的耐磨性 ． ４ ）喷涂过程 中压缩空气压力的提高对于提高 涂层的耐磨性有一定的效果．
参考 文献 ：
［ ］ 马壮 ， 兴伟 ， 鹏 ， １ 集 林 等．Ｑ ３ ２ ５钢 固相反应 型 Ａ２ ３ ｉ２ Ｉ 一Ｔ ０ Ｂ
中原料粉 体没 有发 生 自蔓 高温 反应 ， 因此在 图层 中 没有 检测 到任 何形式 的 Ａ： ， ＴＢ ． １０ 和 ｉ： 虽然 如此 ， 图 ３中 可 以发 现 ， 提 高 喷涂 的 从 当 压 缩 空气 压 力 时 ， 以改 善 涂 层 材 料 与 基 体 的结 可
３ 结 论
＋ ＴＢ （ ） ３ ｉ２ Ｓ
２ ２ Ｘ Ｄ分 析 ． Ｒ
５ １ ３ｓ Ａ２ （） Ｏ
（） ２
复合陶瓷粉体． 由于这一反应系统最终的生成物都
为硬 质相 ， 仪一Ａ 和 ＴＢ 且 １Ｏ ｉ 都 为 原 位 生 成 ， 并 且反 应所 需 的激 发 温 度 也 相 对 较 低 ， 使 得 利 用 这 Ａ ＋Ｂ Ｏ ＋ＴＯ ｌ ， ｉ 为原 料 ， 用 反 应 热 喷涂 技 术 原 利
看 出， 应 产 物 中存 在 ＴＯ （ 红 石 型 ） Ｏ — 反 ｉ： 金 、ｔ
２ ０
４ ０
６ ０
８ ０
（） １ 工艺参数 ｌ ；２ 工艺参数 ２ ；３ 工艺参数 ３ ；４ 工艺参数 ４ ； ＃（） ｝（） Ｉ ＃（） ＃
图 ３ 火焰喷涂涂层的 Ｘ Ｄ图谱 Ｒ
２ ３ 火 焰喷 涂涂 层 Ｘ Ｄ分 析 ． Ｒ
１２ 涂层 耐磨 性 能 测试 ． 用Ｍ Ｌ一１０型磨 粒 磨 损 实 验 机对 涂 层 进行 耐 ０ 磨 陛试验 ， 加载荷 为 １Ｎ， ８０ 砂纸 上经 ５ｒ 所 ０ 在 ０＃ ０ 磨 损后 ， 以试样磨 损前 后 的质 量变化 来衡量其 耐磨性 ．
１ 试 验 过 程
１ １ 涂层试 样 制 备 ．
制使得反应速率很小 ， 反应产物 中 Ｂ Ｔ 的量很少 ， ，ｉ 反 应 系 统 中 仍 然 大 量 存 在 Ａ ， ： Ｔ 则 ｌＢＯ ， ｉ ， Ｏ １９ ｏ 出现的明显放热峰就是 Ａ ＋ＢＯ ＋ ｉ： ００Ｃ ｌ ： ３ ＴＯ 的 反 应放热 所 导致 的．
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反应 如下 ：
第 ３期
石 春艳 ， ： 等 反应 热喷 涂 法制备 陶瓷 涂层 的研 究
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在 利用 氧 一乙炔 火 焰 反应 喷 涂 Ａ ＋Ｈ３ Ｏ ｌ Ｂ ３＋ＴＯ ｉ２
的过程 中 由于喷涂 时 间短 的原 因 ， 导致 在 喷涂过 程
基体 的粘结强度有关． 以说 ， 所 压缩空气压力的提 高有助于涂层与基体之间的粘结．
位 喷涂 Ａ ，ＴＢ １ ／ ｉ 复 合 陶 瓷 涂 层 成 为 了 可 能． Ｏ 为 反应 热 喷涂 工 艺 制 备 Ａ ， ＴＢ 复 合 陶瓷 涂层 提 ＩＯ ／ ｉ： 供 了理论 和 实践 依据 ．