钼电极表面玻璃基防氧化涂层的制备及性能研究

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由于金属钼具有优良的性能,特别是在高温下仍有较好地机械性能和抗侵蚀能力,使得钼作为电极材料在玻璃加工工业得到了广泛的应用。但是,在烤窑过程中,金属钼极易氧化,当温度达到750℃时,生成的MoO3为黄色烟雾,恶化了操作环境,并且严重影响了电极材料和窑炉的使用寿命。针对金属钼在高温下极易氧化的问题,本研究旨在开发一种在烤窑时保护钼电极的玻璃基防氧化涂层。该涂层是以钡硅酸盐玻璃为主相,以Cr2O3为难熔填料,加入有机粘结剂,用松油醇做溶剂,配制成悬浮液,采用刷涂法涂敷于钼电极表面。相对于真空或惰性气体加工技术、CVD技术和粉末固体渗法,此方法具有涂敷工艺简单、成本低、保护效果显著等优点。本文从难熔物Cr2O3的添加量和涂层的预烧工艺两方面,对涂层的防氧化性能进行了系统的研究。首先,在综合分析文献工作的基础上,选取了一种陶瓷用熔块作为本研究的基釉。通过热力学计算,比较了此熔块中各氧化物的标准生成自由能,说明在烤窑温度范围内,此熔块中各组分对金属钼呈惰性。在基釉确定之后,第三章对涂层的涂敷厚度和Cr2O3的添加量进行了研究。涂层的涂覆厚度在300μm左右时为宜,经防氧化性能测试和SEM分析可知,涂层与钼基体的结合力较好,无裂纹和剥落现象。当基釉∶Cr2O3∶悬浮剂为14∶8∶1时,玻璃基涂层的热膨胀系数为6.1×10-6/℃,钼基体的热膨胀系数为6.7×10-6/℃(0~1200K),二者匹配性较好,因而能够有效防止涂层因热膨胀系数的不匹配造成的开裂。第四章主要研究了预烧工艺对涂层防氧化性能的影响。采用预烧工艺D制备的钼试样,氧化失重值仅为4.59mg/cm2,涂层表面为均一玻璃相,致密度高、气孔率小。对采用预烧工艺D制备的钼试样进行防氧化性能测试,结果表明:在1000℃、120min时,经预烧处理的钼试样,其氧化失重值仅为未经预烧钼试样氧化失重值的7.85%;在1200℃、90min时,经预烧处理的钼试样,其氧化失重值仅为未经预烧钼试样氧化失重值的8.90%,涂层的防氧化性能增强了。在确定了较好的预烧工艺之后,我们对1000℃时,5个时间点的氧化失重数据进行了数学拟合。结果表明:在1000℃时,热处理时间(x)与钼试样的氧化失重值(η)之间为线性关系,一元线性回归方程为:(?)=7.3932-7.3742x.利用此回归方程,可以推测出在1000℃,各个时间点的氧化失重值。结合本研究的测试结果,第五章对玻璃基防氧化涂层的保护机理进行了探讨。由扫描电镜(SEM)分析可知:涂层的表面为致密的玻璃相;由X-ray衍射(XRD)分析和能谱(EDS)分析可知:在涂层与钼基体的接合处生成了Ba/Cr、Mo和O的化合物。玻璃相的惰性膜和互熔反应膜都可以有效降低氧化性气体向钼基体的扩散。最后,我们可以得出:钼电极表面玻璃基防氧化涂层具有良好的保护效果,是惰性熔膜屏蔽型保护机理和互熔反应型保护机理共同作用的结果。
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