不锈钢在高温1000℃时氧化损失十分严重，即使铬含量达到26%时，仍不能形成保护层。为此，通过在不锈钢表面层沉积陶瓷膜，能改善不锈钢的抗高温氧化性和耐磨性，拓宽其应用范围。一般而言，陶瓷膜的电沉积法是先在铝盐水溶液中电解，沉积一定厚度的氢氧化铝凝胶膜，再在硅酸钠溶液中封孔、置换、形成硅酸铝，经烧结后得到一̇层xAl2O3·уSiO2的陶瓷膜。下面简要介绍溶胶-封孔制备方法及处理工艺，以供参考。

溶胶-凝胶是近年来发展起来的新型涂层制备和阳极氧化膜封孔技术，在涂层制备方面具有设备要求低、晶相转变温度低、制品纯度高等优点，同时溶胶

-凝胶封孔技术与其他封孔方法相比，具有操作简单、对环境友好等优点。采用溶胶-凝胶法制备的氧化物涂层能够为金属基体提供一定的抗高温氧化防护。应用在不锈钢表面，有如下制备过程。

4、烧结成瓷膜：将封孔后的无机膜置于箱式电炉中，逐渐加热升温至1200℃，硅酸钠无机膜经过依次脱去吸附水，脱去结晶水，晶型转变。熔融烧结等阶段，形成含三氧化二铝和二氧化硅（xAl2O3·уSiO2）的陶瓷膜层。

1、电沉积过程中的影响因素

a.硅酸钠的影响：在电沉积氢氧化铝凝胶层时，尽管凝胶层的主要成分为氢氧化铝[Al(OH)3]，但添加硅酸钠能改变电极表面状态，从而使沉积凝胶成为可能。在电沉积溶液中硅酸钠含量对沉积凝胶层的影响见表1。

表1 硅酸钠含量对沉积凝胶层的影响

硝酸铝、硅酸钠的比例

观察现象与结果

1﹕0

表面无凝胶层形成

1﹕1

凝胶层呈斑点状分布，着附力差

（2~3）：1

表面凝胶层连续均匀

4﹕1

溶液中出现白色沉淀物，膜连续均匀

由表1可知，在电沉积溶液中添加硅酸钠能促进成膜，提高膜层附着力。硝酸铝与硅钠的质量比以（2~3）﹕1适当。硅酸钠过多地引入会使溶液电阻加大。

b.溶液pH值的影响：电沉积凝胶时，其生成速度必须大于其溶解速度，在一定范围内pH值的增加有利于凝胶的沉积。pH值对沉积凝胶膜的影响见表2：

表2 pH值对沉积凝胶膜的影响

pH值

现象

0.5~2.0

试片表面无凝胶膜

2.0~2.5

凝胶膜呈片状分布

2.5~3.0

凝胶膜连续均匀

3.0~4.0

凝胶流动性大，不易成膜

4.0~6.0

表面出现白色沉淀物

由表2可知，pH值在2.5~3.0最佳，凝胶膜完整连续。pH值过高过低都不利于膜的形成。

c.电流密度的影响：阴极电流密度对沉积凝膜的影响见表3：

表3 阴极电流密度对沉积凝膜的影响

阴极电流密度/ µ·Am-2

现象

<5.5

表面无凝胶膜形成

9.5

有凝胶膜形成，但时间长

14

生成连续，均匀的凝胶膜

18

凝胶膜连续，但有气泡夹杂

>24

形成泡沫状凝胶膜

由表3可见，理想的电流密度范围应控制在14~18µA/m2，电流密度过低，凝胶膜不形成或沉积时间过长。电流密度过高，析出一氧化氮（NO）气体过快，破坏凝胶膜的完整，并形成含泡沫的凝膜。

2、封孔过程中的影响因素

a.封孔液pH的影响：在封孔过程中，氢氧化铝凝胶中的氢氧根能被硅酸钠中的硅酸根取代，形成硅酸铝[Al2(SiO3)3]反应式：

2Al(OH)3 3Na2SiO3 ═ Al2(SiO3)3↓ 6NaOH

随着时间的延长，反应释放出的氢氧化钠，使溶液pH值上升，影响膜层质量，缩短封孔液的使用寿命。因此，应定期稀酸中和过量的碱，使pH值保持在6~7之间。

b.封孔液温度的影响：温度的适当升高，会使凝胶反应速度加快，促进硅酸铝的形成。温度对沉积凝胶膜的影响见表4：

表4 温度对沉积凝胶膜的影响

温度/℃

现象

<50

表面生成白色均匀的无机膜

50~65

表面膜层不完整，存在局部缺陷

>65

表面膜层成片状脱落

由表4知，温度控制在40~50℃之间，既能保证膜的表面质量，又能使膜的生成保持一定的速度。但温度过高，膜的附着力变差。

3、烧结的影响因素

烧结过程中升温速度和烧结气体对陶瓷膜的质量影响较大。干燥后硅酸铝结晶膜，依次经过低温脱去游离水，中温分解出结晶水，高温玻璃化成瓷后，方可形成xAl2O3·уSiO2结构式的陶瓷膜层。

初始升温速度过快，会造成瓷膜开裂，而控制中温烧结过程保持还原气体，能防止不锈钢体的氧化，提高不锈钢片的强度。最后1200℃高温烧结好后才能获得表面光滑、平整、且具有良好的耐蚀耐磨性及高温抗氧化性陶瓷-不锈钢符合材料。

通过在不锈钢表面制备陶瓷膜，可使其表面抗高温氧化性显著提高，参考上述工艺，摸索适用于所选不锈钢材料的陶瓷膜层制备工艺具有重要意义。

参考文献