新型覆鋁鋼板搪瓷的低溫工藝及其密著機(jī)理研究.pdf

1、覆鋁鋼板搪瓷是在覆鋁鋼板上涂覆功能性無機(jī)材料,經(jīng)過燒成反應(yīng)形成的復(fù)合材料。日本在八十年代中期率先研制出覆鋁鋼板搪瓷,但是目前國(guó)內(nèi)尚無此類產(chǎn)品,相關(guān)理論的系統(tǒng)性研究報(bào)道也很少。本文在參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用先進(jìn)儀器和手段,結(jié)合熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)理論,系統(tǒng)地研究了新型覆鋁鋼板搪瓷的低溫工藝和密著機(jī)理。研究覆鋁鋼板搪瓷的表面預(yù)處理工藝時(shí)發(fā)現(xiàn):不同的預(yù)處理工藝會(huì)對(duì)瓷釉層與覆鋁鋼板基體的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。通過分析不同預(yù)處理工藝的影響,找到了較佳

2、的工藝路線。覆鋁鋼板搪瓷必須在低溫下燒成,瓷釉中氧化物比例、燒成溫度、燒成時(shí)間等因素會(huì)影響到搪瓷材料的密著強(qiáng)度。運(yùn)用Ф函數(shù)法計(jì)算了主要化學(xué)反應(yīng)的自由能變化,研究發(fā)現(xiàn):瓷釉中的SiO2與鋁層中的Al2O3會(huì)在低溫下自發(fā)反應(yīng),傾向于生成偏硅酸鋁。運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)法分析搪瓷密著強(qiáng)度的影響因素,研究發(fā)現(xiàn):氧化物(SiO2+TiO2)的百分含量的改變對(duì)搪瓷密著強(qiáng)度的影響最大,其次是燒成溫度,再次是燒成時(shí)間。本文采用檸檬酸浸濕濾紙測(cè)試了樣品的耐酸性,結(jié)

3、果表明其具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性;分析了釉漿的pH值與樣品耐堿性的關(guān)系,線性擬合的結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),隨著釉漿的pH值增大,樣品的質(zhì)量損耗率逐漸減小;釉漿的pH值與質(zhì)量損耗率呈現(xiàn)出一定的線性相關(guān)性,因此必須合理控制釉漿的pH值。采用XRD對(duì)搪瓷瓷釉的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。分析XRD圖譜發(fā)現(xiàn):燒成前后的瓷釉粉均呈無定形態(tài),引入的部分TiO2以四方金紅石型晶體存在;少量析出的TiO2晶體來自于磨加物中,而不是搪瓷熔塊中。采用SEM對(duì)搪瓷界面顯微

4、形貌進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn):界面存在著鐵層、鐵-鋁層,鋁-瓷釉層、瓷釉層等,復(fù)合層的形成有利于縮小瓷釉層與金屬之間在組成、結(jié)構(gòu)和性能方面的差異,保持化學(xué)鍵的過渡和價(jià)電子的連續(xù)性。采用XPS對(duì)搪瓷界面進(jìn)行元素分析表明:存在著鐵、鋁、瓷釉元素相互間的擴(kuò)散。不僅鐵、鋁元素可以向瓷釉層擴(kuò)散,也存在著瓷釉元素向金屬層的擴(kuò)散,以及金屬元素Fe、Al之間的相互擴(kuò)散?？偨Y(jié)覆鋁鋼板搪瓷的密著機(jī)理認(rèn)為:由于SEM照片表明覆鋁鋼板搪瓷的界面不存在相互嵌套的結(jié)構(gòu),因此可