納米CeO2/Zn金屬基復(fù)合材料在鋅鍍層中的應(yīng)用【摘要】鋅鍍層的使用壽命取決于鍍層的耐蝕才能，為到達進步其耐蝕才能目的，文章討論了納米CeO2/Zn金屬基復(fù)合材料在鋅鍍層中的應(yīng)用，并從其應(yīng)用的優(yōu)越性和可行性方面作了分析?！娟P(guān)鍵詞】鋅鍍層；耐蝕；納米氧化鈰；金屬基復(fù)合材料鋅鍍層用于防止鋼鐵制品的銹蝕，已有200多年的歷史，至今，它在鋼鐵材料防蝕涂層中仍占有重要的地位。鋅鍍層的使用壽命取決于鍍層的耐蝕才能，鍍層的耐蝕才能越強，那么鍍層的使用壽命就越長。隨著日益開展的科技與經(jīng)濟的需要，如何更好的改善鍍層的耐蝕才能對鍍層材料提出了更高的要求。一、土元素在鍍鋅防腐蝕應(yīng)用研究中的進展大學(xué)的郭忠誠副教授在1996年第5期的?金屬學(xué)報?中發(fā)表過一篇?稀土對復(fù)合鍍工藝及鍍層性能的影響?，研究了稀土對Ni-SiC復(fù)合鍍工藝及鍍層性能的影響。結(jié)果說明，添加適量的稀土能顯著地進步復(fù)合鍍層中微粒的含量、硬度和耐磨性。已有研究說明，參加稀土氧化物CeO2所產(chǎn)生作用如下：1．稀土元素細化微觀組織構(gòu)造，減小第二相樹狀晶體間距和涂層夾雜物含量；2．稀土元素的參加對減少涂層金屬材料在基體上的擴散是很有效的；3．稀土元素可以增大衍射角，降低晶體面間距和點陣常數(shù)；4．稀土元素的參加進步抗腐蝕性能，鈍化顯著進步，腐蝕速率明顯降低。但是，稀土元素對于降低鍍層腐蝕速率幅度與人們的期望值相比還略顯缺乏，故此工藝也未能在消費中獲得廣泛應(yīng)用。二、納米金屬基復(fù)合材料的優(yōu)越性分析在鍍層中添加納米微粒改善鋅鍍層的耐蝕性，是在納米技術(shù)之上建立起來的新方法。納米微粒具有很多獨特的物理及化學(xué)性能包括外表效應(yīng)，體積效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁等性質(zhì)。納米材料這種非凡的特性賦予了這種方法廣泛的開展前景，值得進一步深化研究。材料的分子尺度或納米尺度設(shè)計是目前高性能復(fù)合材料研究的前沿科學(xué)。Roy和Kormameni等于1984年首次提出了納米復(fù)合材料〔nanoposite〕的概念，即復(fù)合物的分散相至少有一相的一維尺度在100納米以下。由于納米復(fù)合材料的基體相和分散相的界面面積特別大，假設(shè)能把分散相和基體相性質(zhì)充分的結(jié)合起來，將大大改進和進步材料的性能。納米顆粒在基體相中的作用不僅僅是補強，還能賦予基體很多別的性能。如由于其粒子尺寸小，透光性好，將其參加塑料中可以使塑料變得很致密。在半透膜中添加納米材料后，不但透明的程度增加，韌性、強度也有所改善，且防水性大大增強。經(jīng)過測試，納米復(fù)合材料的性能優(yōu)于同組分的常規(guī)復(fù)合材料。因此，制備納米復(fù)合材料是獲取高性能材料的有效方法之一。納米復(fù)合材料按基體材料類型可以分為3種：金屬基納米復(fù)合材料、陶瓷基納米復(fù)合材料、聚合物基納米復(fù)合材料。金屬基納米復(fù)合材料是由納米級的金屬或非金屬粒子均勻地彌散在金屬及合金基體中而成，較之傳統(tǒng)的金屬基復(fù)合材料，其比強度、比模量、耐磨性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等均有大幅度的進步。從國內(nèi)外文獻報道情況來看，目前，世界各國所開展的納米復(fù)合材料多局限于聚合物材料中，而采用納米粉體改性整體金屬材料方面所做的工作卻比較少。這是因為對于金屬材料基體而言，尚無特別好的分散方法對團聚狀態(tài)的納米粉體進展分散。納米金屬基復(fù)合材料是一個尚未開發(fā)的處女地，是很有前景的一種新材料，這也是本課題需要解決的難點。三、納米氧化鈰/鋅金屬基復(fù)合材料的制備和應(yīng)用金屬基納米復(fù)合材料的制備比聚合物基納米復(fù)合材料要復(fù)雜和困難得多，這與金屬的固有物理、化學(xué)特性有關(guān)。目前，制備金屬基納米復(fù)合材料的主要難點在于：1．宏大的外表所產(chǎn)生的外表能使具有納米尺寸的物體之間存在極強的團聚作用而使顆粒尺寸變大。如何能將這些納米單元體分散在金屬基體中構(gòu)成復(fù)合材料，使之不團聚而保持納米尺寸的單個體以充分發(fā)揮其納米效應(yīng)是合成金屬基納米復(fù)合材料必須解決的首要問題。然而迄今為止尚無非常有效的分散方法對團聚狀態(tài)的納米粉體在金屬基體中進展分散。2．為保證與納米增強相能進展良好的復(fù)合，基體金屬必須具有足夠的流動性、成型性。但基體金屬一般均具有較高的熔點，因此，金屬基納米復(fù)合材料在高溫制備時勢必會發(fā)生嚴重的界面反響、氧化等有害的化學(xué)反響如何嚴格控制界面反響是制備高性能金屬基納米復(fù)合材料的又一關(guān)鍵所在。本課題擬制備納米氧化鈰/鋅金屬基復(fù)合材料，納米稀土粉末由于其粒度非常細小、比外表能特別大，通常處于團聚狀態(tài)，假設(shè)將其直接參加到熱鍍鋅鍍液中，其團聚現(xiàn)象將更為嚴重，而且還會產(chǎn)生偏聚。為此，擬采用粉末冶金方法先制備出納米CeO2/Zn復(fù)合材料，作為中間體將納米CeO2帶入熱鍍鋅鍍液中。但對于常規(guī)粉末冶金法而言，混合物的均勻性很大程度上取決于兩種粉末粒度的差異，納米CeO2粉末與純鋅粉末的粒徑相差很大，這就決定了粉末混合物的均勻性較差；而且納米CeO2顆粒又呈團聚狀態(tài)，所以很難實現(xiàn)納米CeO2顆粒在鋅基體中的彌散均勻分布。為解決這個問題，關(guān)鍵是先制備出均勻的納米CeO2/Zn復(fù)合粉末。高能球磨作為一種材料制備的重要工藝方法，日益受到國內(nèi)外材料科學(xué)界的重視。特別是在納米材料科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，有關(guān)高能球磨法制備納米金屬、納米金屬間化合物材料、納米復(fù)合材料、非晶材料、納米陶瓷等的研究很多，并獲得了很大的進展。作者采用高能球磨法成功制備出納米CeO2顆粒彌散均勻包覆、鑲嵌在鋅顆粒之上的納米CeO2/Zn復(fù)合粉末，并通過XRD、SEM詳細研究了粉體的組成、微觀形貌〔詳細制備方法和結(jié)論將在另一篇文章中介紹〕，這意味著如以這種稀土金屬基納米復(fù)合材料作為中間合金代替單純的鋅合金，用在鋼鐵件外表施行熱浸鍍，可顯著進步鋅鍍層的耐腐蝕性能，另外，高能球磨法制備工藝簡單，本錢低廉，容易實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。四、結(jié)論納米CeO2/Zn金屬基復(fù)合材料在鋅鍍層中的應(yīng)用可以使鋅鍍層的防腐才能得到質(zhì)的飛躍，這在納米涂層材料的開發(fā)應(yīng)用方面提出了一種新思路，詳細的施行還有待于進一步研究，但在鋅鍍層方面的應(yīng)用毫無疑問有著極為廣泛的應(yīng)用前景?！緟⒖嘉墨I】[2]黃新民，