CN102392208A - 一种镁合金表面喷涂铝涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金表面喷涂铝涂层的方法。其特征在于用丙酮除油，吹砂处理待喷涂镁合金件，至表面均匀粗糙、无金属光泽；在燃烧室喷射口口径为Φ5.0mm，氧气进气压力18～25bar；喷管内径尺寸×长度为Φ11.5mm×96mm，燃烧室内压力为13～15bar，煤油流量为11～13L/h；氧气流量为700～900L/h；喷涂粉末为纯度≥99％的工业铝粉，粒度-100～+300目，采用氮气为送粉载气，送粉速率为15～30g/min，喷距为80～300mm，走枪速度为800～1200mm/s，基体温度控制＜150℃的条件下，对镁合金表面喷涂铝涂层。本发明的方法具有焰流速度大，火焰中氧含量低，可在镁合金表面获得含氧量≤0.5wt％的铝涂层；铝涂层与镁合金基材结合强度＞25MPa、结构致密、耐腐蚀性能优良；涂层沉积效率高、速度快，厚度均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金表面喷涂铝涂层的方法，属于金属表面处理技术领域。
背景技术
镁合金具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性能好等优点，被誉为21世纪绿色工程金属，在汽车、航空及电子工业等领域具有广阔的应用前景，然而镁的化学活性高、易腐蚀等缺点极大地限制了镁合金的实际应用范围。为使镁合金材料应用于相对较为苛刻的服役环境，发展相应的表面处理技术十分必要，目前存在的表面技术包括化学转化、阳极氧化(及微弧氧化)、金属镀层等。
在对镁合金表面防护涂层的设计中，人们致力于开发一种满足耐腐蚀、易回收、绿色环保等多种要求的防护涂层，其中在其表面涂覆铝涂层被认为是满足这些要求的理想防护层，原因有：1)铝的电极电位与镁相差不大，不会对镁合金造成严重的电偶腐蚀；2)铝的表面处理相对于镁合金成熟得多，作进一步后续处理，如化学转化、阳极氧化、微弧氧化等可获得硬度高、耐蚀耐磨性优良的复合涂层；3)铝是镁合金的重要合金元素，铝涂层的存在对镁合金的回收利用无不利影响。
喷涂技术是快速沉积铝涂层的有效方法，电弧喷涂是铝、锌等低熔点金属的常规喷涂技术。张津等人(张津，孙智富.AZ91D镁合金表面热喷铝涂层研究[J].《中国机械工程》，2002(23)，p2057-2059)最早采用电弧喷涂在镁合金表面喷涂铝涂层，通过后续热扩散处理可增强铝涂层与镁合金基体之间的结合强度，镁合金耐腐蚀性得到了良好的改善。冷气动力喷涂(冷喷涂)是近年发展起来的一种新型喷涂工艺，粒子在温度远低于喷涂材料熔点的固态下以较高的速度(300～1000m/s)撞击基体，通过发生塑性变形沉积后而形成涂层。近年来，刘彦学(刘彦学等，镁合金表面冷喷涂快凝Zn-Al合金粉末的研究[J]，《特种铸造及有色合金》，2006(26)，p204-207)、董彩常(董彩常，冷喷涂铝涂层表面特性表征及其腐蚀行为研究.中国海洋大学硕士学位论文)等尝试在镁合金及其他金属表面喷涂Al、Zn-Al等涂层，结果表明，涂层含氧量少，结构致密，耐蚀性优良。前者镁合金表面冷喷涂Zn-Al涂层的结合强度为14.4MPa，后者冷喷涂铝涂层的结合强度为8.5MPa。
喷涂涂层的结合性能是影响涂层使用的关键指标之一，镁合金由于化学活性高，表面易氧化，在其表面沉积结合强度高的涂层特别困难。电弧喷涂熔融铝滴的飞行速度较慢，易氧化，局部氧含量达13wt％，形成的涂层孔隙率大、成分不均匀，与基体的结合性能不佳。相关文献显示，电弧喷涂的铝涂层工艺优化后结合强度最大为11.12MPa(曲明，镁合金表面电弧喷涂铝锌工艺及涂层性能的研究.辽宁工程技术大学硕士学位论文)。冷喷涂虽然能有效避免涂层材料的氧化并形成结构致密的涂层，但材料未能加热到熔融状态，喷涂粒子在基体上铺展面积小，涂层的结合强度也有待提高。
超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度高、粉粒受热均匀，粉末粒子熔覆后与基体结合性能优良，形成的涂层结构致密等优点，常作氧化物陶瓷、碳化物金属-陶瓷等较高熔点(1000～2500℃)涂层材料的热喷涂工艺。利用超音速火焰喷涂的高速特征，直接喷涂铝涂层，有利于获得结构致密、结合性能优良的铝涂层，具有冷喷涂的性能优势，但超音速火焰喷涂技术更为成熟，操作便捷、成本低廉。与氧化物及惰性金属不同，低熔点的铝(660℃)在超音速喷涂气氛中较易氧化，如何保证铝粒子在喷涂过程中充分熔化而不被氧化成为了技术实现的关键。
发明内容
本发明的目的在于充分挖掘超音速火焰喷涂技术的优点，对喷涂方法进行改进，提供一种在镁合金表面沉积铝涂层的方法，使制备的铝涂层具有氧含量低、结合强度高，耐蚀性好等优点。
本发明是通过下列技术方案来实施的：具体喷涂方法如下：用丙酮除油，吹砂处理待喷涂镁合金件，至表面均匀粗糙、无金属光泽；在燃烧室喷射口口径为Φ5.0mm，氧气进气压力18～25bar，喷管内径尺寸×长度为Φ11.5mm×96mm，燃烧室内压力为13～15bar，煤油流量为11～13L/h，氧气流量为700～900L/h，喷涂粉末为纯度≥99％的工业铝粉，粒度-100～+300目，采用氮气为送粉载气，送粉速率为15～30g/min，喷距为80～300mm，走枪速度为800～1200mm/s，基体温度控制＜150℃的条件下，对镁合金表面喷涂铝涂层。
为实现本发明的目的，对常规超音速火焰喷涂***做出改造。燃烧室喷射口口径由喷涂高熔点金属的Φ7.8mm改造为喷涂低熔点铝的小口径Φ5.0mm；增大助燃氧气的进气压力在18～25bar以上；采用短喷管内径尺寸为Φ11.5mm×96mm。以上措施可保持燃烧室内压力在13～15bar，减小焰流束直径，有利于增大焰流束速度，降低温度，减小粒子飞行受热时间。航空煤油为燃料，流量为11～13L/h，氧气为助燃气，流量为700～900L/min，保证了燃料充分燃烧，喷涂火焰中氧含量少，避免熔融铝被氧化。喷涂粉末为纯度≥99％工业铝粉，粒度在-100～+300目，采用氮气为送粉载气，送粉速率为15～30g/min。为保证涂层厚度的均匀性，用机器人持枪对基材进行喷涂，喷距为80～300mm，走枪速度为800～1200mm/s，基体温度控制＜150℃。
与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：
1.对超音速火焰喷涂***改造后，焰流速度大，火焰中氧含量低，可在镁合金表面获得含氧量≤0.5wt％的纯铝涂层。
2.铝涂层与镁合金基材结合强度＞25MPa、结构致密、耐腐蚀性能优良。
3.涂层沉积效率高、速度快，约35～45μm/遍，厚度均匀，对喷涂原料要求不高。
附图说明
图1铝涂层的金相截面照片；
图2无铝涂层AZ91D镁合金盐雾试验48小时后腐蚀形貌；
图3喷涂铝涂层AZ91D镁合金盐雾试验48小时后腐蚀形貌。
具体实施方式
本发明选用AZ91D和AZ31B镁合金基材。超声波丙酮除油后，120#白刚玉或24#棕刚玉吹砂，待喷涂件被吹砂后的表面均匀粗糙、无金属光泽；燃烧室喷射口口径：Φ5.0mm；喷管内径尺寸×长度：Φ11.5mm×96mm；氧气进气压力18～25bar。
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例见下表1。
表1
测试方法：涂层的厚度采用Leica DMIRM金相显微镜测量；涂层的氧含量采用TC-600氧氮测试仪测量；涂层的结合强度测试遵照GBT8642-88《金属热喷涂层结合强度的测定》进行；涂层的耐腐蚀性遵照GBT10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》GBT 6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》进行，结果见表2。
表2实施例的测试结果
Claims (1)
1.一种镁合金表面喷涂铝涂层的方法，其特征在于用丙酮除油，吹砂处理待喷涂镁合金件，至表面均匀粗糙、无金属光泽；在燃烧室喷射口口径为Φ5.0mm，氧气进气压力18～25bar，喷管内径尺寸×长度为Φ11.5mm×96mm，燃烧室内压力为13～15bar，煤油流量为11～13L/h，氧气流量为700～900L/h，喷涂粉末为纯度≥99％的工业铝粉，粒度-100～+300目，采用氮气为送粉载气，送粉速率为15～30g/min，喷距为80～300mm，走枪速度为800～1200mm/s，基体温度控制＜150℃的条件下，对镁合金表面喷涂铝涂层。
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