钢表面氧化铝涂层工艺的实验研究
钢表面氧化铝涂层工艺的实验研究[20201304195232]
摘要
随着科学技术的快速发展，单纯的合金或者金属已经不能满足现状的需求，所以人们想出在金属表面涂覆一层涂层来提高金属表面的一些物理化学性能。涂层的种类有很多,其中金属基陶瓷涂层是对于涂在金属基体表面的一些耐磨，耐蚀，绝缘等保护膜的总称。他能改变金属基体材料外表面的形貌、结构及化学组成等特征。本课题主要研究的是金属基陶瓷涂层其中的氧化铝涂层，旨在研究不同的涂层材料配比对氧化铝涂层工艺的影响和不同烧结温度做出来的过渡层及氧化铝涂层的物理特性等。寻求一种最佳涂层配比与烧结温度，可以最大限度的提高基体钢材与涂层的结合强度和钢材表面物理化学特性。
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关键字:氧化铝溶胶凝胶耐磨烧结
目录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 目前材料表面处理基本方法 1
1.2.1表面处理的预处理基本方法有 1
1.2.2表面处理的基本方法 2
1.3 涂层工艺的方法与优势 4
1.3.1涂层工艺发展状况 4
1.3.2涂层工艺的主要方法 4
1.3.3涂层工艺的优势 6
1.4 氧化铝涂层工艺 6
1.5 本课题的选题意义及研究内容 7
1.5.1 选题的科学意义和应用前景 7
1.5.2 研究内容 7
2.实验部分 9
2.1 药品与仪器 9
2.2 实验要求 10
2.3实验可行性分析 10
2.4 试验方法的确定 10
2.5 实验过程 11
2.5.1实验的表面预处理 11
2.5.2实验步骤 12
2.6实验仪器使用情况 13
2.6.1箱式电阻炉 13
2.6.2检测硬度 13
2.6.3检测厚度 14
2.6.4 金相的制备 14
2.7实验目标及完成情况 15
3 实验结果与讨论 16
3.1涂层材料比列 16
3.2表面预清理状态 16
3.3涂层涂覆方法 17
3.3.1 刷涂法 17
3.3.2 撒涂法 18
3.4氧化铝涂层烧结工艺方法 18
3.4.1不同温度对于过渡涂层厚度的影响 18
3.4.2不同温度对于氧化铝涂层的影响 19
3.4.3不同温度对样品金相图像的影响 21
4结论 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1 引言
表面处理是在基材表面上用人工方法形成一层保护层的工艺方法，这种工艺可以改变基体的机械、物理和化学性能。表面处理的目的主要是让产品具有更优良的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他功能要求。 对于金属铸件这类基材，比较常见的表面处理方法有，机械研磨法，化学反应处理，热处理加工，喷涂保护层法等。表面预处理就是对工件基体表面的油污，锈迹等氧化物的清洗，还有对表面突出的部分的打磨等。一般来说对于表面处理有两种解释，一种为广义的表面处理， 这种表面处理包括电镀、涂层、氧化还原、喷焊等众多物理化学方法在内的多种工艺方法；另一种是狭义的表面处理，这种方法包括磨砂、抛光等操作工艺，即我们常说的预处理部分。这些经过预处理过的金属基体就可以进行进一步的表面处理以满足金属原件的不同需求。通常表面处理可以提高金属原件的耐磨性，耐蚀性，导电性，耐热性，等一些化学物理特性。像一些钻头需要极高的硬度，一般的钻头极易折断，并且在钻孔过程中由于转速快会产生极高的温度，是钻头过热而变脆，使用寿命缩短。所以可以在钻头表面涂覆一层特殊的涂层作为过渡层和保护层，不但可以提高钻头的耐磨性还可以提高头的耐热性，增加钻头的使用寿命，节约成本。这种表处理工艺用途广泛，可以批量生产，性价比较高，多数用于机械加工业，制造业等。我们的日常生活中也可以经常见到这些经过特殊处理的金属制品。列如不锈钢锅，合金门窗等。这些金属制品也为我们的生活带来了极大的便利。
1.2 目前材料表面处理基本方法
1.2.1表面处理的预处理基本方法有
（1）手工处理：如刮刀、钢丝刷、砂轮等。用手工处理可以清除工件外表面的凸角、铁锈、划痕等，但手工法处理的缺陷是劳动强度太大，而且生产效率比较低，质量也差，清理不完全等，日常机械加工不常采用这种方法。
（2）化学处理：主要是利用酸碱等化学试剂与工件表面的铁锈及油污发生氧化还原反应，让其溶解或中和在酸碱溶液中，以达到表面处理的目的。化学处理法适应于对较薄工件或小零件进行清洗。化学法的缺点有：（1）反应时间控制不准确会产生过蚀现象。（2）对于结构复杂或者带有空隙的零件，如果清洗不干净，会使零件容易腐蚀。（3）酸性试剂容易挥发，成本高，试剂使用过后处理难度大，若处理不当，将危害人的身体以及对环境造成严重的污染，所以随着人们环保意识的提高，逐渐采用机械法取代了化学处理法。
（3）机械处理法：主要包含钢丝刷法、抛光法、抛丸法等。抛光法是指在电机带动下金属表面与刷辊表面反方向摩擦以达到去除金属表面的氧化皮。去除掉的氧化皮可以直接清洗掉，操作方便简单，清洗也较彻底。抛丸法清理是利用离心力将弹珠加速，抛射至工件并与其产生摩擦进行除锈清理的方法。但抛丸灵活性差，又受到场地的限制，噪音大，时间较长，清理工件时有些不彻底等缺点。并且设备的构造复杂，零件容易损害，特别是叶片等零件如果损害维修的成本特别大。
1.2.2表面处理的基本方法
在进行这些前处理之后就要通过热处理，涂装，电镀，化学法等方法进一步对金属基体进行处理，其中热处理方法与涂装技术应用广泛。主要的表面处理方法有：
（1）电化学法：这是一种利用电极反应的原理，在基体表面形成一层镀膜的工艺方法。主要有以下两种方法：
（一）电镀
在电解质溶液中，基体金属做为阴极，在外电流作用下表面形成镀层的过程，称为电镀。金属、合金或各类固体微粒都可以作为镀层。这些经过电镀的基体金属可以提高金属的硬度，耐腐蚀，绝缘性等一些物理化学特性，也可以改善金属零件的适用环境，提高金属零件的使用寿命。比如镀铜、镀镍，镀锌等。比较常见的就是在船体表面放置锌块，利用在海水作为电解质，有效的防止船体的锈蚀。
（二）氧化
在电解质溶液中，基体原件作为阳极，接通外电流，使其可以在表面形成氧化膜层的过程，这种方法称为阳极氧化，如铝制品的阳极氧化。这种阳极氧化可以提高铝制品的耐蚀性，因为铝金属氧化后可以形成一层致密的氧化膜，阻止进一步的氧化，提高铝制品的使用寿命。
（2）化学反应法
这种方法是在无外在电流的作用下进行的。主要利用化学物质可以相互反应的原理，在工件表面形成保护层，使其表面组织和化学成分获得不同程度的改变。其中主要的方法是：
（一）化学转化膜处理
在电解质溶液中，金属零件和溶液中化学物质发生反应，从而在金属零件表面形成保护膜，这种方法称为化学转化膜处理。如金属表面发蓝、磷化、钝化处理等。
（二）化学镀
在电解质溶液中，放入经过催化处理的金属工件，在无外在电流的环境下，使工件表面组织和电解质发生化学反应，将某些物质还原并沉积于工件表面从而形成镀层的过程，这种方法称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。
（3）热加工法
摘要
随着科学技术的快速发展，单纯的合金或者金属已经不能满足现状的需求，所以人们想出在金属表面涂覆一层涂层来提高金属表面的一些物理化学性能。涂层的种类有很多,其中金属基陶瓷涂层是对于涂在金属基体表面的一些耐磨，耐蚀，绝缘等保护膜的总称。他能改变金属基体材料外表面的形貌、结构及化学组成等特征。本课题主要研究的是金属基陶瓷涂层其中的氧化铝涂层，旨在研究不同的涂层材料配比对氧化铝涂层工艺的影响和不同烧结温度做出来的过渡层及氧化铝涂层的物理特性等。寻求一种最佳涂层配比与烧结温度，可以最大限度的提高基体钢材与涂层的结合强度和钢材表面物理化学特性。
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关键字:氧化铝溶胶凝胶耐磨烧结
目录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 目前材料表面处理基本方法 1
1.2.1表面处理的预处理基本方法有 1
1.2.2表面处理的基本方法 2
1.3 涂层工艺的方法与优势 4
1.3.1涂层工艺发展状况 4
1.3.2涂层工艺的主要方法 4
1.3.3涂层工艺的优势 6
1.4 氧化铝涂层工艺 6
1.5 本课题的选题意义及研究内容 7
1.5.1 选题的科学意义和应用前景 7
1.5.2 研究内容 7
2.实验部分 9
2.1 药品与仪器 9
2.2 实验要求 10
2.3实验可行性分析 10
2.4 试验方法的确定 10
2.5 实验过程 11
2.5.1实验的表面预处理 11
2.5.2实验步骤 12
2.6实验仪器使用情况 13
2.6.1箱式电阻炉 13
2.6.2检测硬度 13
2.6.3检测厚度 14
2.6.4 金相的制备 14
2.7实验目标及完成情况 15
3 实验结果与讨论 16
3.1涂层材料比列 16
3.2表面预清理状态 16
3.3涂层涂覆方法 17
3.3.1 刷涂法 17
3.3.2 撒涂法 18
3.4氧化铝涂层烧结工艺方法 18
3.4.1不同温度对于过渡涂层厚度的影响 18
3.4.2不同温度对于氧化铝涂层的影响 19
3.4.3不同温度对样品金相图像的影响 21
4结论 22
参考文献 23
致谢 24
1.绪论
1.1 引言
表面处理是在基材表面上用人工方法形成一层保护层的工艺方法，这种工艺可以改变基体的机械、物理和化学性能。表面处理的目的主要是让产品具有更优良的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他功能要求。 对于金属铸件这类基材，比较常见的表面处理方法有，机械研磨法，化学反应处理，热处理加工，喷涂保护层法等。表面预处理就是对工件基体表面的油污，锈迹等氧化物的清洗，还有对表面突出的部分的打磨等。一般来说对于表面处理有两种解释，一种为广义的表面处理， 这种表面处理包括电镀、涂层、氧化还原、喷焊等众多物理化学方法在内的多种工艺方法；另一种是狭义的表面处理，这种方法包括磨砂、抛光等操作工艺，即我们常说的预处理部分。这些经过预处理过的金属基体就可以进行进一步的表面处理以满足金属原件的不同需求。通常表面处理可以提高金属原件的耐磨性，耐蚀性，导电性，耐热性，等一些化学物理特性。像一些钻头需要极高的硬度，一般的钻头极易折断，并且在钻孔过程中由于转速快会产生极高的温度，是钻头过热而变脆，使用寿命缩短。所以可以在钻头表面涂覆一层特殊的涂层作为过渡层和保护层，不但可以提高钻头的耐磨性还可以提高头的耐热性，增加钻头的使用寿命，节约成本。这种表处理工艺用途广泛，可以批量生产，性价比较高，多数用于机械加工业，制造业等。我们的日常生活中也可以经常见到这些经过特殊处理的金属制品。列如不锈钢锅，合金门窗等。这些金属制品也为我们的生活带来了极大的便利。
1.2 目前材料表面处理基本方法
1.2.1表面处理的预处理基本方法有
（1）手工处理：如刮刀、钢丝刷、砂轮等。用手工处理可以清除工件外表面的凸角、铁锈、划痕等，但手工法处理的缺陷是劳动强度太大，而且生产效率比较低，质量也差，清理不完全等，日常机械加工不常采用这种方法。
（2）化学处理：主要是利用酸碱等化学试剂与工件表面的铁锈及油污发生氧化还原反应，让其溶解或中和在酸碱溶液中，以达到表面处理的目的。化学处理法适应于对较薄工件或小零件进行清洗。化学法的缺点有：（1）反应时间控制不准确会产生过蚀现象。（2）对于结构复杂或者带有空隙的零件，如果清洗不干净，会使零件容易腐蚀。（3）酸性试剂容易挥发，成本高，试剂使用过后处理难度大，若处理不当，将危害人的身体以及对环境造成严重的污染，所以随着人们环保意识的提高，逐渐采用机械法取代了化学处理法。
（3）机械处理法：主要包含钢丝刷法、抛光法、抛丸法等。抛光法是指在电机带动下金属表面与刷辊表面反方向摩擦以达到去除金属表面的氧化皮。去除掉的氧化皮可以直接清洗掉，操作方便简单，清洗也较彻底。抛丸法清理是利用离心力将弹珠加速，抛射至工件并与其产生摩擦进行除锈清理的方法。但抛丸灵活性差，又受到场地的限制，噪音大，时间较长，清理工件时有些不彻底等缺点。并且设备的构造复杂，零件容易损害，特别是叶片等零件如果损害维修的成本特别大。
1.2.2表面处理的基本方法
在进行这些前处理之后就要通过热处理，涂装，电镀，化学法等方法进一步对金属基体进行处理，其中热处理方法与涂装技术应用广泛。主要的表面处理方法有：
（1）电化学法：这是一种利用电极反应的原理，在基体表面形成一层镀膜的工艺方法。主要有以下两种方法：
（一）电镀
在电解质溶液中，基体金属做为阴极，在外电流作用下表面形成镀层的过程，称为电镀。金属、合金或各类固体微粒都可以作为镀层。这些经过电镀的基体金属可以提高金属的硬度，耐腐蚀，绝缘性等一些物理化学特性，也可以改善金属零件的适用环境，提高金属零件的使用寿命。比如镀铜、镀镍，镀锌等。比较常见的就是在船体表面放置锌块，利用在海水作为电解质，有效的防止船体的锈蚀。
（二）氧化
在电解质溶液中，基体原件作为阳极，接通外电流，使其可以在表面形成氧化膜层的过程，这种方法称为阳极氧化，如铝制品的阳极氧化。这种阳极氧化可以提高铝制品的耐蚀性，因为铝金属氧化后可以形成一层致密的氧化膜，阻止进一步的氧化，提高铝制品的使用寿命。
（2）化学反应法
这种方法是在无外在电流的作用下进行的。主要利用化学物质可以相互反应的原理，在工件表面形成保护层，使其表面组织和化学成分获得不同程度的改变。其中主要的方法是：
（一）化学转化膜处理
在电解质溶液中，金属零件和溶液中化学物质发生反应，从而在金属零件表面形成保护膜，这种方法称为化学转化膜处理。如金属表面发蓝、磷化、钝化处理等。
（二）化学镀
在电解质溶液中，放入经过催化处理的金属工件，在无外在电流的环境下，使工件表面组织和电解质发生化学反应，将某些物质还原并沉积于工件表面从而形成镀层的过程，这种方法称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。
（3）热加工法
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