铜合金分火器表面耐高温防腐涂层新材料的研究

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燃气灶具铜合金分火器在使用过程中其外围工作温度较高,火焰温度可达500oC,表面防护层在高温下易发生氧化变色与涂层剥落。利用溶胶-凝胶法制备液体涂层材料对基体进行防护,薄膜优异的物理化学性能,能延缓基体表面的失效,减缓分火器表面孔洞在高温下的缩小与变形等,从材料防护角度来提升分火器的使用安全性。涂层防护层具有一定的隔热能力,很好的将燃气燃烧的热量辐射回加热区,降低热量的损耗,一定程度上提升燃气的燃烧效率。溶胶-凝胶法制备涂层薄膜有着广阔的应用前景。  本文针对铜合金分火器表面涂层对耐高温和耐腐蚀的双重要求,利用金属的腐蚀与防护原理,研究一种水性功能涂料。选用甲基三甲基硅氧烷(MTMS)作为涂层薄膜的主要材料,分析了不同颜填料的种类、百分比含量、填料与MTMS水解液混合后通过烧结作用成膜在基体表面,对基体表面耐高温和防腐蚀性能的影响。涂层材料内各组成物质的配方进行优化,从而获得最佳的耐高温和防腐蚀效果。主要的研究内容和结论如下:  (1)研究不同物质的量之比的MTMS、蒸馏水、硅溶胶的水解过程,通过溶液电导率的变化趋势来判断MTMS与水的反应程度,对铜基体进行涂覆处理并烧结固化获得薄膜层并进行附着力测试,绘制同物质的量之比的涂层与附着力之间的关系,确定最佳配制比例。在此基础上,分别研究不同实验条件下MTMS的水解程度,成膜后与基体的附着力主要影响因素包括溶液中的溶剂含量(甲醇)、水解温度和溶液pH值。当甲醇含量与MTMS的物质的量之比为1:1,溶液pH为6,水解温度控制在30oC时,涂层薄膜附着力最好。  (2)使用MTMS、蒸馏水、硅溶胶为主要成膜制剂材料,并辅助添加一定量的填料,从而改性涂层薄膜的使用性能,通过单因素实验法分步对涂层材料中添加炭黑色浆、TiO2、Fe3O4等无机颜填料,选定各颜填料的最佳用量,获得最佳质量表面的涂层液体。添加纳米TiO2提高涂层薄膜表面疏水性,涂层表面疏水角度从95o提升到105.49°。并经透射电镜对制备完成的材料的各组成物质的粒径大小分布规律进行分析,对粒子直径进行拟合,符合对数正太分布。  (3)最后研究在(2)中制备的涂料在 H65铜合金分火器表面的性能。涂层材料喷涂在铜基体表面,经过烧结形成薄膜,其耐热震性能主要与基体表面毛化程度(喷砂粒径)、涂层厚度、烧结温度和烧结时间有关。实验结果表明铜合金表面经10~30目砂毛化处理,涂层厚度控制在20~30μm,烧结时间在20min,烧结温度在220oC时获得的涂层薄膜耐热震性能最好,在500 oC下的水冷热震次数可达32次。在耐热震性能实验的基础上,利用单因素法分析涂层材料的耐腐蚀性能,其中涂层材料的耐腐蚀性能通过动电位极化曲线和电化学阻抗法表征其涂层薄膜的耐腐蚀性能,实验结果表明涂层烧结温度在220 oC,烧结时间在20min时,涂层薄膜厚度在20μm以上时对基体表面的防腐蚀效果最好。
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