3.3 Исследование влияния условий механохимического синтеза на свойства покрывных суспензий

Для обоснования условий синтеза покрывных суспензий важным является определение их реологических характеристик во взаимосвязи с такими параметрами как: компонентный состав дисперсной фазы и соединений-предшественников, использованных для его обеспечения; качественный и количественный состав дисперсионной среды, суммарными показателями которых являются рН и плотность суспензии.

Характеристикой реологических характеристик покрывных суспензий являются реологические кривые - зависимости значений эффективной вязкости и скорости сдвига от прилагаемых нагрузок, определяемые с использованием прибора РЕОТЕСТ.

При сравнении этих величин следует учитывать, что при центрифугировании пропитанных пластинчатых слои суспензии на их поверхности испытывают воздействие нагрузок, близких к 20 Па.

Таблица 2 - Состав и условия получения базовой суспензии

Компоненты суспензии	Количество, вносимое в суспензию, г	Условия МХ синтеза
Al2O3	226.2	Исходные оксиды: Al2O3 -12 ч ШП ZrO2 – 12 ч ШП Пб – 3 ч ШП Связующее: (Пб+Al(NO3)3)-3ч ШП Суспензия: (Смесь сухих порошков + Н2О) – 3 ч ШП ШП –измельчение в на шаровой мельнице при 70 об/мин.
ZrO2	440
Zr(NO3)2 * 6H2O	106.1
Связующее: Пб - А1ООН Al(NO3)3*9H2O	200,5 131,7
Н2О	1,4 дм3

3.4 Выбор условий получения базовых покрывных суспензий

Выбор условий синтеза покрывных суспензий для формирования на металлических пластинчатых носителях прочных и пористых оксидных алюмоциркониевых покрытий проводили с использованием результатов предварительных исследований, целью которых было установление влияния плотности наносимой суспензии на качество покрытия. Для этого была использована суспензия Аl₂O₃: ZrO₂(из нитрата цирконила) =50:50 с рН=2 (добавление аммиака) с ее разбавлением водой до различной плотности 1,3-1,2-1,1. Для этих образцов суспензии были определены реологические характеристики и проведены пробные нанесения покрытий на пластинчатые носители. Результаты приведены на рисунке.7

Рисунок 7 – Зависимость значений эффективной вязкости от прилагаемой нагрузки для образцов покрывной суспензии Аl₂O₃:ZrO₂(из нитрата цирконила) =50:50 с рН=2 и плотностями 1.3-1,1 г/см³

Характер кривых свидетельствует, что с разбавлением суспензии 1,3 г/см3 до плотности 1,2 и еще в большей мере – до 1,1 г/см3 значение прилагаемой нагрузки, вызывающей разрушение структурированной коллоидоподобной системы, резко снижается. При сравнении этих величин следует учитывать, что при центрифугировании пропитанных пластин слои суспензии на их поверхности испытывают воздействие нагрузок, превышающих 100 Па.

Если в случае неразбавленной суспензии начало разрушения структурированности суспензии соответствует нагрузке более 70 Па, то для суспензии с 1,3 г/см³ эта нагрузка уже менее 30 Па, для суспензии плотностью 1, г/см3 нагрузка 4 Па, а для 1,11 г/см3 – даже менее 2 Па. При этом величины эффективной вязкости, соответствующие этим нагрузкам, также различны, а именно: 60; 5; 3 Па•с.

На рисунке 8 приведены реологические кривые, определенные для суспензии различной степени разбавления дистиллированной водой, – от исходной плотности 1,3 г/см³ до ее значений 1,2, 1,1 г/см³ при одинаковых значениях рН=2.

Рисунок 8 – Изменение кривой течения суспензии с рН=3 в зависимости от ее разбавления

В случае рН=3,0 для всех образцов покрывной суспензии (плотность 1,3-1,2-1,1 г/см3) увеличение прилагаемой нагрузки в начальный период приводит к росту значений эффективной вязкости с последующим достаточно быстрым ее выходом на мало изменяющийся уровень; скорость сдвига при этом в исследуемом интервале нагрузок монотонно возрастает.

Количественная оценка оксидного слоя, сформированного за 1 операцию «нанесение-центрифугирование-сушка» показала увеличение его массы с ростом плотности суспензии: от 0,8 до 2,2 и 3,6 % масс. для трех образцов суспензии, соответственно (1,1-1,2 и 1,3 г/см3).

По результатам определения механической прочности оксидного композита в виде тонкослойного покрытия (прочность на истирание) и в виде гранул (прочность на раздавливание) и на основании реологических характеристик (рисунки 7 и 8) была выбрана для дальнейшей работы суспензия с плотность 1,2 г/ см³, как обеспечивающая формирование равномерного и прочного покрытия и оксидного композита с более высокой когезионной прочностью.

Таблица 3 – Характеристика оксидных композитов, полученных в виде тонкослойных покрытий и гранул из суспензии с различной плотностью

Пластины							Гранулы
Образец	pH	ρ, г/см3	Оксидное покрытие, % масс.	Нанесение за один слой, % масс.	Пистирание, %	Прочность на раздавливание, МПа
						по торцу		по образующей
1	2,0	1,3	11,7	3,6	90	10,9		5,3
2	2,0	1,2	11,5	2,2	92	14,9		6,3
3	2,0	1,1	11,9	0,8	91	12,4		4,8