铸造Al-Si合金表面蒸汽辅助法制备陶瓷涂层及封孔研究

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铸造Al-Si合金具有铸造性能优异、耐磨性能优异和热膨胀系数低等优点,被广泛应用在航空航天、汽车、船舶等领域。然而,铝合金的化学性质较为活泼,在潮湿环境中极易被腐蚀,影响材料的力学性能,导致其在长期使用过程中,存在严重的安全隐患。铸造Al-Si合金铸件通常具有较为复杂的外形与内腔,很难采用传统的喷涂、旋涂等直线工艺制备保护涂层。此外,在铸造Al-Si合金中存在大量的共晶硅,会影响涂层与基体的结合性能。针对上述关键问题,本文首先采用蒸汽辅助法在铸造Al-Si合金表面制备陶瓷涂层。然后,通过预涂加蒸汽辅助固化法制备磷酸铝(AP)陶瓷涂层,并在涂层中引入纳米Ce O2,提高陶瓷涂层的耐腐蚀性能。最后,制备了有机-无机杂化防腐涂层与超疏水涂层对陶瓷涂层封孔处理,进一步提高涂层的耐腐蚀性能。主要内容如下:1)采用蒸汽辅助法在铸造Al-Si合金表面制备了陶瓷涂层。基体表面预处理工艺、添加H2O2、升高温度以及延长处理时间均能促进陶瓷涂层的形成。陶瓷涂层优先发生在Al-Si共晶区,然后沿晶界向α-Al相扩散生长,并逐步覆盖基体表面。陶瓷涂层表现出较好的耐腐蚀性能。2)采用预涂加蒸汽辅助固化法在铸造Al-Si合金表面制备了AP陶瓷涂层,其最佳工艺参数为:预涂溶液浓度为25 wt.%的磷酸二氢铝,固化剂为纳米氧化铝,磷酸二氢铝与纳米氧化铝摩尔比为1:1.1,蒸汽固化温度为120℃,蒸汽固化时间为1 h。AP陶瓷涂层表现出良好的耐腐蚀性与抗热震性能。3)采用预涂加蒸汽辅助固化法在铸造Al-Si合金表面制备了磷酸铝-氧化铈(APC)复合陶瓷涂层。掺杂适量的Ce O2能有效提高涂层的致密性,并起到缓释作用,从而有效提高涂层的耐腐蚀性能。当纳米Ce O2添加量为3 wt.%时,涂层表现出最优的耐腐蚀性能。4)设计制备了一种工艺简单、成本低、耐腐蚀性能优异的有机-无机杂化防腐涂层(BG-T)用于陶瓷涂层封孔处理。陶瓷涂层与BG-T涂层具有良好的结合性能,涂层整体表现出优异的耐腐蚀性能。5)设计制备了新型的有机-无机杂化耐腐蚀超疏水涂层(MHC)用于陶瓷涂层的超疏水改性。超疏水涂层与陶瓷涂层具有良好的结合性能,覆盖并填充AP陶瓷层的微裂纹、孔洞等缺陷。疏水改性涂层表现出优异的超疏水性与耐腐蚀性能,可以提供长久有效地保护作用。
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