金屬搪瓷高溫防護涂層的制備及其抗熱震行為研究
近年來,隨著燃氣輪機(ji)技(ji)術的不斷發(fa)展,高(gao)性(xing)能高(gao)溫防護(hu)涂(tu)層(ceng)(ceng)的研發(fa)成(cheng)為迫切需(xu)要。按照(zhao)成(cheng)分不同, 傳統的高(gao)溫防護(hu)涂(tu)層(ceng)(ceng)可以分為兩類:一類屬于(yu)金屬涂(tu)層(ceng)(ceng),主要包括鋁化(hua)物涂(tu)層(ceng)(ceng)及包覆式 MCrAlY 涂(tu)層(ceng)(ceng)等(deng); 另(ling)一類屬于(yu)陶(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng),它們不易與基體(ti)發(fa)生(sheng)互擴散,而(er)且在服役過程中(zhong)也(ye)不會(hui)因(yin)氧化(hua)消(xiao)耗而(er)發(fa)生(sheng)退(tui)化(hua),因(yin)而(er)具有廣泛(fan)的應(ying)用前景(jing)。
眾(zhong)所周知,搪瓷涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)本質(zhi)上(shang)屬(shu)于微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng),是陶瓷涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)一種(zhong),在(zai)(zai)適當的(de)(de)條件下可(ke)(ke)以與多種(zhong)金屬(shu)或合金等基(ji)(ji)體(ti)(ti)形成良好的(de)(de)結合,并且為(wei)它們提供(gong)優異的(de)(de)抗氧(yang)化(hua)(hua)、耐腐蝕等性(xing)能[8-10]。Sarkar 等在(zai)(zai) γ-TiAl 合金上(shang)制備了(le) MgO-SiO2-TiO2 微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng),在(zai)(zai) 800 ℃下氧(yang)化(hua)(hua) 100h 后(hou)樣品的(de)(de)增重幾乎可(ke)(ke)以忽略不計,可(ke)(ke)以為(wei)基(ji)(ji)體(ti)(ti)提供(gong)優異的(de)(de)抗氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)能。但是,當溫度提升到(dao) 1000 ℃后(hou),涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)(hua) 25h 后(hou)就容易從基(ji)(ji)體(ti)(ti)剝落。Das 等在(zai)(zai)鎳鉻(ge)鈦合金(AE 435)表面以微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)作為(wei)粘結劑,8%氧(yang)化(hua)(hua)釔穩定氧(yang)化(hua)(hua)鋯(YSZ)作為(wei)面層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)制備了(le)新型熱(re)障(zhang)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)體(ti)(ti)系(xi),該(gai)熱(re)障(zhang)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)具有(you)良好的(de)(de)抗熱(re)震(zhen)性(xing)能,在(zai)(zai) 1000 ℃下 100 次熱(re)循環后(hou)基(ji)(ji)體(ti)(ti)與涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)間沒(mei)有(you)出現明顯裂紋(wen)。
搪瓷涂層具(ju)有易(yi)于制(zhi)備、結合良好的(de)(de)優(you)點,但是其本征脆性使(shi)得(de)它(ta)們容易(yi)在(zai)(zai)服役(yi)過程中(zhong)產(chan)生裂紋(wen), 甚至(zhi)導致剝落,因此限制(zhi)了它(ta)們在(zai)(zai)熱循環條(tiao)件下的(de)(de)使(shi)用。據報道,在(zai)(zai)玻(bo)璃(li)基(ji)體中(zhong)加入韌(ren)(ren)性金(jin)屬顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)或者(zhe)四方相氧化鋯顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)可以極大提高(gao)玻(bo)璃(li)基(ji)體的(de)(de)力學性能。Krstic 等制(zhi)備了金(jin)屬 Al 顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)增(zeng)韌(ren)(ren)玻(bo)璃(li)基(ji)復(fu)合材(cai)料(liao)(liao), 該材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)斷裂韌(ren)(ren)性比原玻(bo)璃(li)提高(gao)了近 60 倍。Dlouhy 等制(zhi)備了金(jin)屬釩顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)增(zeng)韌(ren)(ren)硼(peng)硅酸鹽玻(bo)璃(li),含有 30%(體積分數(shu))釩顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)復(fu)合材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)斷裂韌(ren)(ren)性比未強化的(de)(de)玻(bo)璃(li)高(gao)約 65%。
在本實驗中,開(kai)發了(le)(le)一種低軟(ruan)化點的(de)硼硅酸鹽(yan)搪(tang)(tang)瓷(ci),研究了(le)(le)搪(tang)(tang)瓷(ci)中的(de)硼硅比對搪(tang)(tang)瓷(ci)性能(neng)(neng)的(de)影響;在高溫合(he)金上成功制備了(le)(le)該(gai)(gai)搪(tang)(tang)瓷(ci)-氧化鋁-鎳金屬(shu)顆粒(li)三元復合(he)涂層,并研究了(le)(le)金屬(shu)鎳顆粒(li)含(han)量對該(gai)(gai)復合(he)涂層抗(kang)熱震(zhen)性能(neng)(neng)的(de)影響。
1實驗(yan)方(fang)法
1.1實驗材(cai)料(liao)
搪(tang)(tang)(tang)瓷(ci)釉的(de)(de)名義(yi)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)如表 1 所示。基于不同的(de)(de)氧化硼與氧化硅質量分(fen)(fen)(fen)數比,將(jiang) 4 種搪(tang)(tang)(tang)瓷(ci)釉分(fen)(fen)(fen)別(bie)命名為(wei) BS0.6,BS0.8,BS1.0 和(he) BS1.2。搪(tang)(tang)(tang)瓷(ci)釉的(de)(de)制備原(yuan)料(liao) SiO2,H3BO3,Al2O3,Na2CO3,ZrO2,為(wei)分(fen)(fen)(fen)析純藥(yao)品(國(guo)藥(yao),中國(guo)上海)。搪(tang)(tang)(tang)瓷(ci)釉粉(fen)的(de)(de)制備過程如下:(1)將(jiang)各(ge)種原(yuan)料(liao)準確稱(cheng)取(總量約為(wei) 500 g),而后(hou)(hou)在 QM-3SP4 型行星式球磨(mo)(mo)機中均勻混(hun)合(he)約 0.5h,并(bing)將(jiang)混(hun)合(he)好的(de)(de)粉(fen)末(mo)(mo)(mo)倒(dao)入剛(gang)玉坩堝中。(2)根據成(cheng)分(fen)(fen)(fen)不同,將(jiang)粉(fen)末(mo)(mo)(mo)在 1300~1400 ℃之間的(de)(de)不同溫度下保溫 1h,以確保原(yuan)料(liao)形(xing)成(cheng)均勻熔體,然后(hou)(hou)迅速水淬,獲(huo)得塊狀(zhuang)的(de)(de)玻(bo)璃釉料(liao)。(3)將(jiang)獲(huo)得的(de)(de)玻(bo)璃釉料(liao)放(fang)入 200 ℃中的(de)(de)烘(hong)干箱內烘(hong)干,然后(hou)(hou)放(fang)入瑪瑙球磨(mo)(mo)罐中球磨(mo)(mo) 100h,最終(zhong)獲(huo)得極其細(xi)微(wei)(wei)的(de)(de)搪(tang)(tang)(tang)瓷(ci)粉(fen)末(mo)(mo)(mo)。(4)將(jiang)獲(huo)得的(de)(de)細(xi)微(wei)(wei)粉(fen)末(mo)(mo)(mo)用 200 目篩子篩過,獲(huo)得符(fu)合(he)粒徑要求的(de)(de)粉(fen)末(mo)(mo)(mo),便(bian)于后(hou)(hou)續實驗使用。
實驗采用的基體(ti)為 K444 高(gao)(gao)溫合金,其成(cheng)分列于(yu)表 2。將(jiang) K444 合金加(jia)工成(cheng)直徑 16mm、高(gao)(gao)度 2mm 的圓片, 并用碳化硅(gui)砂(sha)紙進(jin)行(xing)(xing)打(da)磨(mo)(mo)。打(da)磨(mo)(mo)完成(cheng)后,基體(ti)用玻璃(li)珠噴(pen)砂(sha)機進(jin)行(xing)(xing)噴(pen)砂(sha)處理,噴(pen)砂(sha)壓力為 0.3 MPa,時間約(yue)為30s。噴(pen)砂(sha)完成(cheng)后的樣(yang)品均用酒(jiu)精進(jin)行(xing)(xing)超(chao)聲(DR-MS07)清洗。
1.2樣品制備
搪(tang)瓷塊(kuai)(kuai)體(ti)制備過(guo)程如下:首(shou)先準確稱量 2 g 搪(tang)瓷粉末;然后在直(zhi)徑約(yue)為(wei) 16 mm 的柱狀模(mo)具中(zhong)壓制成柱體(ti), 壓力約(yue)為(wei) 10 MPa;最后將(jiang)脫(tuo)模(mo)的搪(tang)瓷塊(kuai)(kuai)體(ti)放入不同溫度(600,650,700 和 750 ℃)的 Muffle 爐(lu)(SX2-5-12)中(zhong)進(jin)行燒(shao)結,時間均為(wei) 10min,完成后立即(ji)取(qu)出空冷(leng)。
搪(tang)瓷涂(tu)(tu)(tu)層制備過程如下(xia):(1)實驗所(suo)用(yong)復合(he)(he)涂(tu)(tu)(tu)層配(pei)方由 BS0.6 搪(tang)瓷、氧化(hua)鋁顆粒(li)(粒(li)徑為 5 μm)、金屬(shu)鎳(nie)粉(fen)(粒(li)徑為 5 μm)混(hun)合(he)(he)而成。按(an)照金屬(shu)鎳(nie)粉(fen)含(han)量不(bu)同,分(fen)(fen)別命名為 N0,N20 及 N40 涂(tu)(tu)(tu)層,涂(tu)(tu)(tu)層具體成分(fen)(fen)如表(biao) 3 所(suo)示。將(jiang)復合(he)(he)涂(tu)(tu)(tu)層原(yuan)料按(an)照配(pei)方稱(cheng)取,并在(zai)球磨機(ji)中混(hun)合(he)(he) 1h,得到混(hun)合(he)(he)好后的(de)(de)復合(he)(he)涂(tu)(tu)(tu)層搪(tang)瓷粉(fen)末(mo)。(2)將(jiang)制備好的(de)(de)搪(tang)瓷釉粉(fen)末(mo)與(yu)酒精(jing)按(an)照每克(ke)粉(fen)末(mo)比 20mL 酒精(jing)的(de)(de)配(pei)比均(jun)(jun)勻(yun)混(hun)合(he)(he)成搪(tang)瓷料漿(jiang)。(3)采用(yong)噴(pen)筆(bi)將(jiang)料漿(jiang)均(jun)(jun)勻(yun)噴(pen)涂(tu)(tu)(tu)在(zai) K444 基體上,使用(yong)壓(ya)強約為 0.2 MPa。(4)噴(pen)涂(tu)(tu)(tu)后的(de)(de)基體在(zai) 100 ℃下(xia)干(gan)燥 2h,然后直接送入 1000 ℃的(de)(de) Muffle 爐中進行燒(shao)結(jie),燒(shao)結(jie) 10 min 后取出空冷(leng),獲得均(jun)(jun)勻(yun)致密的(de)(de)搪(tang)瓷涂(tu)(tu)(tu)層。
1.3實驗與表征
紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)譜測量樣品采用(yong)溴化(hua)(hua)鉀(jia)壓片法,溴化(hua)(hua)鉀(jia)與搪瓷粉末質(zhi)量比為 100 比 1,并(bing)在(zai)瑪瑙(nao)研(yan)磨(mo)缽下充(chong)分研(yan)磨(mo)后(hou)(hou),在(zai) 20 MPa 壓力下壓制成片狀樣品,最后(hou)(hou)采用(yong) Magna-IR 560 型 Fourier 變換(huan)紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)譜儀對樣品進行紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)譜分析。
熱震實驗在(zai) Muffle 爐中(zhong)進行(xing),實驗溫(wen)度為 900 ℃。試樣(yang)先(xian)在(zai) Muffle 爐中(zhong)保溫(wen) 10min,然后取出,并立(li)刻(ke)(3s 內)放入(ru)水中(zhong)冷卻(que)至(zhi)室溫(wen)(室溫(wen)約為 25 ℃),從加熱到冷卻(que)視為一個(ge)實驗周期。每 5 個(ge)周期進行(xing)一次稱重,并記錄樣(yang)品質量(liang)變化(hua),稱重儀器為 Sartorius BP211D 電子天(tian)平(精度 0.01mg)。利用 Inspect F50 型(xing)掃描電子顯微鏡(jing)(SEM)并結合 X-Max 能(neng)譜儀(EDS)對涂層的形貌(mao)及成分進行(xing)分析(xi)。
2結果與(yu)討論
2.1硼(peng)硅(gui)比對搪瓷(ci)性能(neng)的影響
圖(tu) 1 顯(xian)示了 4 種不同硼(peng)(peng)硅比搪瓷的(de)(de)(de)紅外吸(xi)收光(guang)譜,4 個(ge)譜圖(tu)形(xing)(xing)狀較(jiao)為(wei)相似。譜圖(tu)中(zhong)(zhong)顯(xian)示了 4 個(ge)較(jiao)為(wei)明顯(xian)的(de)(de)(de)吸(xi)收峰,其中(zhong)(zhong)波(bo)數(shu)(shu)約為(wei) 460 cm-1 的(de)(de)(de)吸(xi)收峰可歸屬(shu)為(wei)[SiO4]的(de)(de)(de)彎曲(qu)(qu)振動(dong)(dong)[19, 20],這(zhe)一峰位隨(sui)(sui)硼(peng)(peng)硅比的(de)(de)(de)增(zeng)大而(er)減弱(ruo), 表明 Si4+作為(wei)網絡形(xing)(xing)成(cheng)體(ti)的(de)(de)(de)地位隨(sui)(sui)著(zhu)氧化(hua)硼(peng)(peng)的(de)(de)(de)增(zeng)多而(er)被削弱(ruo)。而(er)在波(bo)數(shu)(shu)為(wei) 690 cm-1 附近(jin)的(de)(de)(de)峰通常是由 B-O 鍵與Al-O 的(de)(de)(de)彎曲(qu)(qu)振動(dong)(dong)造成(cheng)的(de)(de)(de),隨(sui)(sui)著(zhu)硼(peng)(peng)硅比的(de)(de)(de)逐(zhu)(zhu)漸降低(di)(di),峰型逐(zhu)(zhu)漸變的(de)(de)(de)尖銳,這(zhe)可能是由于隨(sui)(sui)著(zhu)氧化(hua)硼(peng)(peng)含(han)量降低(di)(di),[AlO4]增(zeng)多造成(cheng)的(de)(de)(de)。900~1200 cm-1 波(bo)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)峰是由[BO4]的(de)(de)(de)伸(shen)縮(suo)振動(dong)(dong)及 Si-O-Si 鍵反對稱伸(shen)縮(suo)振動(dong)(dong)疊加造成(cheng)的(de)(de)(de)。1300~1500cm-1 波(bo)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)峰是由[BO3]中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de) B—O—B 鍵的(de)(de)(de)伸(shen)縮(suo)振動(dong)(dong)造成(cheng)的(de)(de)(de),該峰位隨(sui)(sui)著(zhu)硅硼(peng)(peng)比降低(di)(di)同樣發生收縮(suo),表明硅硼(peng)(peng)比的(de)(de)(de)降低(di)(di)導致(zhi)了[BO3]的(de)(de)(de)減少。
圖 2 顯示了不同溫度下,不同硼硅(gui)比搪瓷(ci)(ci)(ci)的(de)(de)燒(shao)結情況(kuang)。由圖可知(zhi),隨著(zhu)(zhu)溫度的(de)(de)升高(gao)(gao),BS0.8,BS1.0 和 BS1.2 搪瓷(ci)(ci)(ci)均(jun)快(kuai)速(su)軟化(hua)。BS1.2 與 BS1.0 的(de)(de)軟化(hua)點(dian)大致相當,約(yue)在(zai) 700 ℃;BS0.8 的(de)(de)軟化(hua)點(dian)比以(yi)上兩種搪瓷(ci)(ci)(ci)更高(gao)(gao),約(yue)為 750 ℃;而(er) BS0.6 搪瓷(ci)(ci)(ci)的(de)(de)軟化(hua)點(dian)是最高(gao)(gao)的(de)(de),明顯高(gao)(gao)于 750 ℃。由此表明,隨著(zhu)(zhu)搪瓷(ci)(ci)(ci)中硅(gui)硼比的(de)(de)降低,搪瓷(ci)(ci)(ci)軟化(hua)點(dian)不斷升高(gao)(gao)。
2.2制備(bei)態(tai)搪瓷涂層
圖 3 顯示(shi)了 3 種所制備涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)宏觀形貌。由圖可知(zhi),3 種涂(tu)(tu)層(ceng)在(zai)燒結后(hou)均致密且無宏觀缺陷。其中,N0 涂(tu)(tu)層(ceng)呈灰色,且具有一定的(de)(de)玻(bo)璃光(guang)澤(ze);在(zai)加(jia)入 20%鎳粉后(hou)的(de)(de)搪瓷涂(tu)(tu)層(ceng)顏(yan)(yan)色變深,其表(biao)面(mian)仍然(ran)可以觀察到少(shao)量玻(bo)璃光(guang)澤(ze);而加(jia)入 40%鎳粉后(hou)的(de)(de) N40 涂(tu)(tu)層(ceng)表(biao)面(mian)已經完全觀察不到玻(bo)璃光(guang)澤(ze),涂(tu)(tu)層(ceng)顏(yan)(yan)色由灰色轉變為(wei)綠色。
圖(tu)(tu)(tu) 4 顯示了 3 種所(suo)制備涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微(wei)觀形貌(mao)。圖(tu)(tu)(tu) 4a 為 N0 涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形貌(mao)圖(tu)(tu)(tu),其中灰色的(de)顆粒(li)為氧化鋁顆粒(li),均勻分布(bu)在玻(bo)璃基體中。N0 涂(tu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)平(ping)整致密,沒有觀察到(dao)明(ming)(ming)顯的(de)孔洞。圖(tu)(tu)(tu) 4b 為 N20 涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形貌(mao)圖(tu)(tu)(tu),N20 表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)玻(bo)璃相所(suo)占面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)進一步縮小,表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)出現部分凹凸區域,可能是由(you)于鎳顆粒(li)的(de)團聚造成的(de)。圖(tu)(tu)(tu)4c 為 N40 涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形貌(mao)圖(tu)(tu)(tu),可以(yi)看到(dao)涂(tu)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)已經(jing)基本觀察不到(dao)明(ming)(ming)顯的(de)玻(bo)璃相,轉而由(you)大量顆粒(li)狀(zhuang)物質取代。
圖(tu) 5 顯(xian)示了(le) 3 種所制備涂層(ceng)(ceng)的截(jie)面(mian)微觀形(xing)貌。由圖(tu)可(ke)知,3 種涂層(ceng)(ceng)的厚(hou)度(du)約(yue)(yue)為 20~25mm,涂層(ceng)(ceng)與基(ji)體之間結合良好(hao),界面(mian)上形(xing)成了(le)約(yue)(yue) 2mm 厚(hou)度(du)的過渡層(ceng)(ceng)。3 種涂層(ceng)(ceng)均較為致密(mi),截(jie)面(mian)上沒(mei)有孔洞等缺陷。
2.3熱震實驗(yan)
圖 6 顯(xian)示(shi)(shi)了 3 種涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)熱(re)(re)(re)震(zhen)動力(li)學(xue)曲(qu)線。熱(re)(re)(re)震(zhen)動力(li)學(xue)表明(ming)樣(yang)品經(jing)過(guo)熱(re)(re)(re)震(zhen)后的(de)質量隨時間(jian)的(de)變化,而(er)(er)樣(yang)品的(de)質量變化主要由(you)樣(yang)品氧化及(ji)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)歷冷熱(re)(re)(re)循環導致(zhi)的(de)剝(bo)落引起。如(ru)圖所示(shi)(shi),N0 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)熱(re)(re)(re)震(zhen)過(guo)程(cheng)中(zhong)出(chu)現(xian)(xian)了持續失(shi)重,30 次(ci)循環后失(shi)重總量約為 0.04 mg/cm2,這可能(neng)是(shi)由(you)于 N0 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與(yu)基體之間(jian)較大(da)(da)的(de)熱(re)(re)(re)膨脹系數差引起的(de)內(nei)應力(li)造成了涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)少(shao)量的(de)剝(bo)落。而(er)(er) N20 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)具有較好的(de)抗(kang)熱(re)(re)(re)震(zhen)能(neng)力(li),熱(re)(re)(re)震(zhen) 30 次(ci)后沒(mei)有出(chu)現(xian)(xian)明(ming)顯(xian)的(de)失(shi)重現(xian)(xian)象。N40 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)一(yi)開(kai)始具有較大(da)(da)的(de)增重,而(er)(er)在(zai) 15 個循環后出(chu)現(xian)(xian)第一(yi)次(ci)失(shi)重,這說明(ming) N40 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)抗(kang)熱(re)(re)(re)震(zhen)性能(neng)并(bing)不好。
圖(tu) 7 是 3 種涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)(jing)過(guo)(guo) 30 次熱(re)震循環后(hou)的宏(hong)觀形貌(mao)照片。圖(tu) 7a 為(wei)(wei) N0 涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)樣品(pin)的宏(hong)觀形貌(mao),經(jing)(jing)過(guo)(guo)熱(re)震后(hou)該(gai)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)仍帶有(you)明(ming)顯(xian)玻(bo)璃光澤(ze),涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)邊緣有(you)少(shao)量細微剝落。圖(tu) 7b 為(wei)(wei) N20 涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)樣品(pin)宏(hong)觀形貌(mao),經(jing)(jing)過(guo)(guo)熱(re)震后(hou)該(gai)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)仍然(ran)致密完整,表面(mian)沒有(you)任何宏(hong)觀缺陷(xian)(xian)。圖(tu) 7c 為(wei)(wei) N40 涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)樣品(pin)宏(hong)觀形貌(mao),經(jing)(jing)過(guo)(guo)熱(re)震后(hou)該(gai)樣品(pin)除(chu)了邊緣出現少(shao)量剝落外,其表面(mian)同樣出現一些(xie)宏(hong)觀缺陷(xian)(xian)。
圖(tu) 8 是(shi) 3 種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)(jing)過(guo)熱震后的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)與(yu)(yu)截面(mian)(mian)微觀形(xing)貌圖(tu)。由(you)(you)圖(tu)可(ke)知,3 種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)(jing)過(guo)熱震后均(jun)與(yu)(yu)基(ji)(ji)(ji)體結合良好,1種(zhong)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與(yu)(yu)基(ji)(ji)(ji)體的(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)均(jun)出現(xian)了(le) Al 與(yu)(yu) Ti 的(de)(de)(de)(de)富集層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng),這(zhe)可(ke)能(neng)是(shi)由(you)(you)者兩種(zhong)元素的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)造成的(de)(de)(de)(de)[24]。其(qi)中(zhong),N0 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(圖(tu)8a 和 b)經(jing)(jing)熱震后基(ji)(ji)(ji)本完好,表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)僅有(you)極少量(liang)缺陷。而(er) N20 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(圖(tu) 8c 和 d)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)存在(zai)一層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)較(jiao)(jiao)薄的(de)(de)(de)(de)鎳富集層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng), 可(ke)能(neng)是(shi)金(jin)屬鎳氧化(hua)后的(de)(de)(de)(de)產(chan)物,該涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)(jing)過(guo)熱震后同(tong)樣(yang)沒(mei)有(you)明顯的(de)(de)(de)(de)剝落現(xian)象。相比較(jiao)(jiao)于 N20 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng),N40 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(圖(tu)8e 和 f)經(jing)(jing)過(guo)熱震后的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)較(jiao)(jiao)為粗糙(cao),存在(zai)更多的(de)(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)及孔洞,而(er)且由(you)(you)截面(mian)(mian)照片可(ke)知,其(qi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)鎳富集層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)更厚(hou), 這(zhe)些因(yin)素導致了(le) N40 涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)熱震過(guo)程中(zhong)存在(zai)較(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)(de)失(shi)重。由(you)(you)此說明,當(dang)搪瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)添(tian)加的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬鎳顆粒的(de)(de)(de)(de)含量(liang)接近 40%時會對涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)抗熱震性能(neng)造成不利影(ying)響(xiang)。
3結論(1)硅硼酸鹽(yan)搪(tang)瓷中,隨著(zhu)硅硼比(bi)的降低(di),[SiO4]逐漸增多(duo),而[BO3]有所減少(shao)。硅硼酸鹽(yan)的軟(ruan)化點隨硅硼比(bi)的降低(di)而升高(gao)。
(2)在硅硼酸(suan)鹽搪瓷涂層(ceng)中(zhong)加(jia)入 20%金(jin)屬(shu)鎳顆(ke)粒(li)有(you)利于涂層(ceng)抗熱(re)震性能的提升,但是當加(jia)入的金(jin)屬(shu)鎳顆(ke)粒(li)含量(liang)提升到 40%時,涂層(ceng)的抗熱(re)震性能反而有(you)所(suo)降低。
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