粉煤灰颗粒HF酸表面改性处理

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[ ] 9 ! ! & 。迄 今 为 最佳的界面结构, 作了大量的工作 [ ] # 难 , 具体表现为: (
止, 解决途径主要有颗粒增强体的表面改性及涂层 处理、 金属基体合金化及制备工艺方法的优化。其 中颗粒增强体的表面改性及涂层处理可以有效地改 善浸润性和阻止严重的界面反应, 因为颗粒增强体 经表面处理后, 在增强体与基体之间嵌入了一个中 间层, 既可以改善基体与颗粒的浸润性, 促进颗粒增
图$ 粉煤灰 . 9 : 照片
( ) — — —只清洗; ( ) — — — ( ) — — — ( ) — — — 2 ; ’ 8 & (" #酸处理; < ! (" #酸处理; 3 $ (" #酸处理
为了更直观地观察 " # 酸溶液对粉煤灰颗粒 表面的侵蚀程度, ( ) (3 ) 中的颗粒进 2 ! 万方数据分别对图 $
( ) ( ) 所示。 行放大, . 9 : 照片如图2 ! 3 图( ) 是未经过任何处理粉煤灰颗粒的 . 2 9 :
第 *期
吴林丽等: 粉煤灰颗粒 / 0 酸表面改性处理
! B
图! 单个粉煤灰颗粒表面 " # $ 照片
( ) — — —未处理; ( ) — — — / ( ) — — — / ( ) — — — / % & ’ ( ) *+ , ./ 0酸处理; 1 ’ ( *+ , ./ 0酸处理; 2 3+ , ./ 0酸处理
峰强度都随着 / 这是因为 0 酸浓度的增加而增加, 低浓度 / 而主要的 0 酸只溶解粉煤灰中的玻璃相, 莫来石、 石英、 磁铁矿等晶体相是不能溶解的, 这说 明粉煤灰经 / 玻璃相含量减小, 晶体相 0 酸处理后, 含量相对增加, 所以, 莫来石、 " 4 5 0 7 5 )、 ) ! 的特征峰
强体在基体中的均匀分布, 又可在颗粒与基体间造 成一个扩散垒, 直接阻挡各组元通过该层的扩散与 反应, 甚至作为牺牲层再依靠反应产物来阻挡有关 扩散与反应。
轧制、 锻造、 挤压进行铸造成型, 作为航空、 发动机活 塞等零部件的替代产品已受到人们的重视, 同时, 随 着高性能增强体颗粒和基体合金的推出, 复合材料 的性能也在逐渐提高。当前研究的最集中、 最成熟
关键词: 粉煤灰; 酸处理; ; 表面改性; , / 0 1 中图分类号: 6 7! # ! 8 & 9 ) 文献标识码: :
颗粒增强铝基复合材料因其具有高的比强度、 高弹 性 模 量、 高 温 性 好、尺 寸 稳 定、抗 磨 等 优
[ ] ! ! * , 并能够使用通用的金属加工工艺, 如铸造、 点
照片, 从图中可以看出, 颗粒外形近为非常规则的球 形, 粉煤灰颗粒表面为带有灰白色小点的光滑表面, 而经过酸处理的粉煤灰颗粒表面随着 / 0 酸浓度的 增加, 侵蚀程度加剧, 图! (& ) 是用 ’ / ( ) *+ , ./ 0 酸处理的粉煤灰, 可以看到颗粒表面在 / 0 酸酸处 理后侵蚀程度较小, 树枝状形态分布在表面, 整体特 征相近, 无太大波动, 表面仍有未被侵蚀到的区域。 图! ( ) 是经 ’ / 酸浓 1 ( *+ , ./ 0 酸处理的粉煤灰, 度的增加使粉煤灰颗粒受到进一步的侵蚀, 从图中 可以看出颗粒表面整体腐蚀均匀, 表面呈编织状。 而用3+ / , ./ 0 酸处理的粉煤灰颗粒中出现孔洞, 形状极不规则, 颗粒骨架遭到破坏。 粉煤灰主要含有 " 4 5 6 5 0 7 5 $ 5 等氧 8 )、 ) !、 ) !、 化物, 其中前三者质量百分含量之和占总量的 9 * : 以上。物 相 包 括 玻 璃 相 和 晶 体 相, 其中玻璃相占 晶体相只占 ) 并且粉煤灰中 * ’ :!9 ’ :, ’ : 左右, 的主要晶体相为莫来石 (! ・ 、 6 5 ) " 4 5 0 7 5 ) ! )) ) !和 对 " 4 5 )。为了进一步了解酸处理对粉煤灰的作用, 粉煤灰进行 ; 射线衍射分析, 分析结果如图 < ( ) % ! ( ) 所示, 从中可以看出莫来石、 2 " 4 5 0 7 5 万方数据 )、 ) ! 的特征
[ ] 3 = 相对强度增加。文献 指出粉煤灰经 / 0 酸溶解
后的残留物主要由针状莫来石、 粒状石英及富硅的 球状粉煤灰构成。从图! (& ) (2 ) 中也可以看出这 ! 一结果。 另外, / 0 酸与粉煤灰表面上的 5 /> 基团交换: > > ( ) / 0 ?5 / 5?0 3 @ A/ ) @ 此处, 下标@表示被吸附的物质。由于式 ( ) 向 3 右移, 其结果是消除粉煤灰表面的羟基, 粉煤灰颗粒 的极性降低, 分散性得到改善。
图! " # 酸处理工艺流程图
$ 结果与讨论
粉煤灰的 % 射线分析结果显示, 颗粒中含有玻 璃体 (占 & , 晶体相有莫来石、 ’ ( !) ’ () " * 石英、 , 还有少量的其它氧化物。从炉膛出来的原灰 , # + $ 表面有大量的 . , 经与水作用后, 颗粒表面 / *,*. / 将出现大量的羟基, 使其具有显著的亲水性、 吸附性
粉煤灰颗粒 , - 酸表面改性处理
吴林丽, 姚广春, 刘宜汉, 张晓明
(东北大学 教育部材料先进制备技术工程研究中心, 辽宁 沈阳 ! ) ! " " " )
! ! !

要: 粉煤灰颗粒表面由于在收集、 贮存过程中的物理、 化学吸附, 使颗粒与颗粒相互聚集, 分散 性差。作复合材料增强相时, 颗粒的分散性直接影响复合材料的性能。经 , - 酸处理后, 降低了表面的极性, 粉煤灰颗粒的分散性提高。 , - 酸与粉煤灰表面上的 . ,$ 发生反应, 随着 , 表面侵蚀加剧。’ 莫来石、 / 0 1 结果表明, - 酸浓度的增加, 2 3 分析结果表明, 这是因为低浓度 , / 4 . 5 . - 酸浓度的增加而增加, - 酸只溶解 (、 ( + 的特征峰强度都随着 , 粉煤灰中的玻璃相, 而主要的莫来石、 石英、 磁铁矿等晶体相是不能溶解的, 结果使玻璃相 含量减少, 而晶体相含量相对增加, 所以特征峰相对强度增加。
( ) — — —未处理; ( ) — — — / ( ) — — — / ( ) — — — / # $ % & ’ () * + ,.酸处理; / % & () * + ,.酸处理; 0 1) * + ,.酸处理
( )莫来石、 、6 的特征峰强度都随着 5 2 3 4 5 ’. ’ 2 . 酸浓度的增加而增加; 降低 ( ) ! . 酸与粉煤灰表面上的 5 -7 反应, 了颗粒的极性, 分散性得到提高。
国家重点基础研究规划项目 (I ) ! 基金项目: ! % % % " & ) % " +
! ! 收稿日期: ( " " ) $ " ) $ ! (
万方数据 作者简介: 吴林丽 ( —) , 女, 东北大学博士研究生。 ! % # &
)
粉煤灰 ! 筛分 ! 清洗 $ ! 酸处理 ! 清洗 ! 烘干 ! 处理后粉煤灰 " " " " " " " " " " 配制一定浓度的酸溶液 酸溶液 # 碱中和
! 结

( )粉煤灰经过酸处理后, 颗粒的分散性提高; 3 ( ) / 和 / )’ ( ) *+ , -. ’ ( *+ , ./ 0 酸浓度对粉 煤灰既可以达到表面侵蚀作用, 又不会对粉煤灰的 基本骨架造成影响, 是比较合适的酸处理浓度;
! %
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ




第’ %卷
图! 粉煤灰颗粒的 " 射线衍射分析
第( "卷第*期 ( " " )年 ! "月




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C = > 8 ( " 8 D * . E F = G 5 H ( " " )
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第$ ’卷
[ , ] ! 0 ! 1 和表面化学活性 。极性基团的作用使得粉煤
灰颗粒多以聚集态存在。 图$ ( ) ( ) 列出了未处理粉煤灰与不同浓度 2 ! 3 从宏观上看, 未处理 " # 酸处理粉煤灰的扫描照片, 粉煤灰颗粒相对聚集, 并且部分大颗粒上粘附有小 颗粒, 而经过酸处理后, 粉煤灰颗粒的分散性在一定 程度上有所改善, 这表明一定浓度的 " # 酸处理对 粉煤灰有作用的。从图$ ( ) 中可以看出, 用 !4 / 3 5 6 表明 ! 7" # 酸处理的粉煤灰中分散着颗粒的碎片, / 4 5 6 7" # 酸处理对粉煤灰颗粒基本骨架已经造成 破坏。而用’ / / 8 $ &4 5 6 7 和’ 8 &4 5 6 7" # 酸处理的 粉煤灰基本上保持了颗粒的原来骨架, 以烘干后, 粉 煤灰颗粒形成一层新的表面层, 去除颗粒表面的吸 附水和结合水, 并且增大了颗粒的比表面积。说明 / / ’ 8 $ &4 5 6 7 和’ 8 &4 5 6 7" # 酸浓度对粉煤灰既可 以达到表面侵蚀作用, 又不会对粉煤灰的基本骨架 造成影响, 是比较合适的酸处理浓度。
颗粒在材料中的分布状况对复合材料的性能起着至 关重要的作用, 而其分布状况决定于制备工艺。 当颗粒 增 强 体 与 金 属 复 合 时, 遇到了很大困 )在制备条件下, 大多数颗粒 ! 与金属熔体之间的润湿性差, 使颗粒很难加入和分 )在制备过程中, 颗粒常与熔 散, 并且容易结团; ( ( 体在界面发生化学反应。国内外学者为改善金属基 体与颗粒增强体间的浸润性、 控制界面反应以形成
参考文献:
[ ]8 , 1 * 9 # : 4 <=& , * >7 / * ? : @ + 7 # ? 9 7 / * B : # 4 B 4 B # + C ) 4 B C )7) # : D 4 E ; A ; [ ] , ( ) : G & 1 H H ! ! I 1 1 ( ( ! ( H & / * ) * ? 4 : 6 ? F [ ]8 ’ * 9 # : 4 <=& 3 B : 9 6 ? 4 ? * @) 6 : # +) # : D 4 E / * ) * ? 4 : 6 ? / * B : # 4 B 4 B @ + J ; A F ; A , , , [ ] # ? 9 ; 6 D # ) 4 / ?* D* : 9 6 D) 6 : # + ? < &K B 4 : 6 0 D # 9 4 : 6 ; + # ? ? / F : , , , 3 : # : 6 ? ( ’ ’ L ! H ! 1 H H 2 & M & ’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’ 1 ( 2H M 1 ! 2H M ! & [ ] 郝元恺& 非连续物增强轻金属复合材料研究现状及展望 [ ] 材 I G & 料导报, , : 1 H H ! ( I M ! M 1 & [ ] 梅 志,崔 昆,吴人洁,顾明元&颗粒增强体的表面处理方 M 法 [ ] , ( ) : G &材料开发与应用, 1 H H M 1 ’ ! 2 ’ ! 2 ! & [ ] 陈 建,潘复生&合金元素影响铝 / 陶瓷界面润湿性的研究现 L 状 [ ] , ( ) : G &兵器材料科学与工程, 1 H H H ’ ’ ! ( 2 ! ( L & [ ] . / H 6 D D *RT# B 0N 6 D $ &Z 6 : : 4 B 6 9 # Q 4 * C D 4 B: 9 6R [ 73 4 3 4 T AY ;$
[ ] & 和商业化最大的是颗粒 / 铝基复合材料 。增强体
! 实验过程
粉煤灰的粒度分析结果表明, 粉煤灰中直径小 平均直径为 于& "" ; 的颗粒质量占总量% * <以上, 颗粒比较细小, 所以, 粉煤灰酸处理前要 ! ! 8 9 !" ;, 进行筛分, 用+ 筛下 " "目标准筛对粉煤灰进行筛分, 部分的粉煤灰待用。 为了考察不同浓度 , - 酸处理对粉煤灰颗粒的 分散性及表面的侵蚀程度的影响, 分别对未处理粉 煤灰和不同浓度 , 试 - 酸处理的粉煤灰进行试验, 验条件: / / , - 酸浓度为 " 8 ( *; = > ?、 " 8 *; = > ? 和! / 温度为室温, 搅拌时间 *; , ; = > ?, 4 @ ! * " A 烘干 ( 。用清水清洗粉煤灰三次, 再加入配制好的 , B -酸 溶液, 进行搅拌处理 *; , 用抽滤机进行抽滤, 再 4 @ 用清水清洗三次, 最后在 ! , 制得酸 * " A 下烘干 (B 处理后的粉煤灰试样。 对酸处理后的粉煤灰进行扫描电镜分析, 并对 处理后的粉煤灰进行扫描分析和 0 3 ’ 能谱分析。 , - 酸处理的工艺流程图如图!所示。
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