29、不锈钢基体表面陶瓷涂层的制备及性能表征
日期：25-01-08 时间：04:08 来源： 进口杀菌搪瓷钢板
29、不锈钢基体表面陶瓷涂层的制备及性能表征
4.2涂层缺陷分析
经过观察在不同烧结温度、不同保温时间下烧成后涂层的表面形貌，可知涂层表 面或多或少均存在各种缺陷，如涂层表面的不平整、气孔、缩孔(缩釉)，涂层与基 体间的剥离等。
下文对上述各缺陷的形成原因及机理进行了分析。
4.2.1涂层与基体剥离
Si系所有配方涂层经烧结后，涂层与基体的剥离现象均有发生，涂层的剥落是多 方面因素共同作用的结果。
首先，涂层与基体热膨胀系数的不匹配。众所周知，陶瓷材料的热胀系数很小，不能匹配不锈钢基体的热胀系数。试验所用1Cr18Ni9不锈钢基体的热胀系数约为17.4×10⁶/K，而陶
瓷涂层主— 要原料SiO₂、Al ₂O₃ 和MgO的热膨胀系数分别为5.2×10⁷/K、8.4×10⁶/K和14.2×10⁶/K²]。除 MgO 外，其他两种主要原料与不锈钢基体的热胀系数都相差甚远，虽加入了
Na₂O 、K₂O 、B₂O₃ 等高膨胀系数物质加以调整，但所获涂层 热胀系数终不能与不锈钢基体进行良好匹配。
其次，降温速率的影响。试验中设定了箱式梯度炉不同的降温速率，分别为5℃/min，3℃/min和1.5℃/min，最后发现降温速率为1.5℃/min 时，所获涂层鲜有脱落现象发生。这是由
于在烧结过程中，涂层与基体之间存在大量的热应力，如降温速 率过快，那么大量的热应力不能得到完全释放而残留在界面之间，造成了涂层的剥离。
4.2.2气孔/气泡
涂层中气孔存在的原因可以概括地为涂层组成和制备过程两方面因素。
(1)组成的影响。涂层组成决定涂层的粘度、表面张力等性质，与涂层中气孔的产 生关系密切。涂层的表面张力的大小取决于结构基团之间作用力的大小，作用力愈小， 则表面张
力愈小。涂层的粘度大小与成分的键强和温度有关。粘度随温度的升高而降低，而表面张力随温度变化很小，相对稳定。涂层的粘度或表面张力过大，都会使涂层中的气体难以排
出，形成气孔、气泡等缺陷。试验中所使用的主要原料 SiO₂和MgO在高温下粘度均很大，因为Si-O键和Mg-O键之间的单键强度均较高，分别 为443.8kJ/mol 和 232.4kJ/mol， 故试
验中加入了Na₂O、K₂O、CaO、ZnO等以降低其高温下的粘度。对于以 SiO₂为主要成分的Si 系列涂层，形成涂层时主要为[ SiO4] 结构， 键能大，粘度大；加入的Na₂O和K₂O，它
们的单键强度分别为83.7 kJ/mol和80.3 kJ/mol， 在一定程度上削弱和打断了Si-O键，引起了结构的松弛，降低了粘度。B₂O₃在所有系列的涂层中的含量均低于15%，加入时以[BO₃]
存在，在一定程度上降 低涂层体系的熔点和软化。阳离子极化率大的金属阳离子会显著降低玻璃的表面张力，如Na+、K+、B₂O₃的加入也可以显著降低涂层的表面张力。因此，在
试验中， 加入了Na₂O、K₂O和 B₂O₃ 来调节熔融涂层的表面张力。
(2)热处理的影响。涂层在烧结过程中，由于烧结温度较低、保温时间较短，烧结动力不足，涂层内部的气体(干燥过程中吸附的空气、反应产生的气体 )难以全部排 出。另外，涂层
中形成的气泡很小，排出过程受到很大的附加压力，排出困难。
