鎳鐵尖晶石復(fù)合涂層的制備、微結(jié)構(gòu)和耐高溫腐蝕性能的研究.pdf

1、在金屬或合金表面制備某些陶瓷涂層可獲得兼具金屬和陶瓷特性的復(fù)合材料,可有效提高材料的耐熱性、耐磨性、耐蝕性、電磁性和生物活性等。NiFe2O4尖晶石材料不僅具有良好的電、磁特性,而且還具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及對(duì)各種熔體的較強(qiáng)耐腐蝕能力,被認(rèn)為是一類極具潛力的鋁電解惰性陽極材料。論文在國家"863"、"973"等項(xiàng)目的資助下,針對(duì)鋁電解惰性陽極的金屬導(dǎo)桿目前存在的抗高溫氧化性能差,熔鹽腐蝕氣氛中表面的氧化膜易剝落等問題,以在金屬

2、基體上制備一層致密的、粘附性較好的防護(hù)涂層為研究目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)采用電泳-氧化法、復(fù)合共沉積.氧化法和合金電沉積一氧化法等三種方法制備NiO-NiFe2O4復(fù)合涂層,重點(diǎn)研究了沉積工藝對(duì)沉積涂層的組成和形貌的影響,氧化工藝對(duì)沉積涂層的轉(zhuǎn)變過程、物相組成和顯微形貌的影響,評(píng)價(jià)了涂層在冰晶石熔鹽氣氛中的熱腐蝕性能,獲得了幾種可有效防護(hù)冰晶石熔鹽氣氛腐蝕的涂層組成和制備工藝。主要研究成果如下:
　　1、電沉積Ni/電泳沉積Fe2O3的疊層結(jié)構(gòu)

3、的復(fù)合涂層氧化擴(kuò)散處理可獲得NiO/NiFe2O4涂層。采用pH值3、zeta電位67mV的穩(wěn)定Fe2O3懸浮漿料,可在Ni電沉積層表面電泳沉積出較均勻、致密的Fe2O3膜。Fe2O3沉積速率隨沉積電壓的提高而提高,隨沉積時(shí)間的延長而逐漸衰減。NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層組成和形貌的主要受氧化溫度和氧化時(shí)間的影響。在氧化溫度較低或氧化時(shí)間較短時(shí),NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層呈疊層結(jié)構(gòu),表面為NiFe2O4尖晶石層,厚度為10～15μ

4、m;隨著氧化溫度提高、氧化時(shí)間延長,涂層轉(zhuǎn)變?yōu)橐訬iO為基體的單層結(jié)構(gòu),NiFe2O4相以細(xì)小彌散析出相的形式分布于NiO晶粒內(nèi)。
　　2、氧化擴(kuò)散處理可將復(fù)合電沉積的(Ni,Co)-Fe2O3鍍層轉(zhuǎn)變?yōu)楦街暂^好(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4復(fù)合涂層。在復(fù)合共沉積制備(Ni,Co)-Fe2O3復(fù)合鍍層的過程中,添加一定量的Co2+、提高鍍液中Fe2O3顆粒濃度和選擇合適的攪拌速率均可以在一定程度上提高復(fù)合鍍層中Fe2

5、O3顆粒的復(fù)合量。(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4復(fù)合氧化物涂層具有兩層疊加結(jié)構(gòu),最外層為富(Ni,Co)O層,次外層為富(Ni,Co)Fe2O4尖晶石層。
　　3、電沉積Ni-Fe合金也可通過氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅?、平整、附著性良好、具?100)擇優(yōu)取向的NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層。NiO/NiFe2O4涂層組成、結(jié)構(gòu)和形貌受Ni-Fe合金的組成和氧化制度的控制,較低溫度(900℃)氧化時(shí),低Fe含量試樣的NiFe2O4

6、相多生成于表層NiO晶界處,而高Fe含量的試樣的最表層可形成連續(xù)致密的NiFe2O4尖晶石層,其厚度隨Fe含量增加而增加;較高溫度(1000～1200℃)氧化時(shí),NiFe2O4尖晶石相易呈現(xiàn)“非連續(xù)”層狀結(jié)構(gòu),內(nèi)部夾雜有細(xì)小的NiO相,表層NiO晶粒內(nèi)有大量“點(diǎn)狀”或“十字狀”NiFe2O4尖晶石沉淀相析出。
　　4、在960℃下冰晶石熔鹽氣氛和大氣的混合氣氛中的腐蝕試驗(yàn)表明,上述三種方法制備的復(fù)合氧化物涂層均能對(duì)金屬基體Ni起到

7、一定程度的保護(hù)作用,相比較而言,合金電沉積.氧化法制備的NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層(1200℃-6h,Ni-7Fe)最佳。復(fù)合涂層的防護(hù)功效在于,一方面,耐蝕、致密、附著性好NiO/NiFe2O4阻隔了氧化腐蝕氣氛與金屬基體直接接觸,另一方面,腐蝕過程中表面新生成的NiAl2O4尖晶石層也能夠作為擴(kuò)散障抑制腐蝕氣氛的滲入。此外,柱狀NiO晶界處富集的NiFe2O4沉淀相對(duì)腐蝕氣氛的晶間滲透也起到一定的抑制作用。
　　本文嘗試的

8、電泳-氧化法、復(fù)合電沉積-氧化法和合金電沉積-氧化法等制備復(fù)合氧化物涂層的工藝,均為當(dāng)前比較新穎的表面防護(hù)方法,研究證實(shí)了這些方法在金屬表面制備諸如NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層的可行性。另外,本文重點(diǎn)考察了這三種方法制備的涂層材料在一種特殊熔鹽氣氛中(78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5％CaF2)的高溫腐蝕性能,而有關(guān)涂層材料在這種熔鹽氣氛中的性能測試目前還鮮有報(bào)道。因此,本文所作的研究為鎳鐵尖晶石復(fù)合涂層的制備和應(yīng)用作