CN103255410B - 一种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金抗腐蚀涂层的制备方法，其特征在于：采用球状铝粉或球状铝粉和SiC或Al2O3粉的粉末；采用压缩空气为气源，低温气动喷涂的方法制备涂层。所采粉末的成分为100%的铝粉或70～98%重量铝粉，30～2%重量硬质颗粒。采用陶瓷丸喷丸或北京航空材料研究院生产的518封孔剂进行后处理。与现有的技术相比，低温气动喷涂的方法制备的铝涂层致密、孔隙率低、硬度高、与基体的结合强度好，具有良好的抗腐蚀性能和耐磨损性能，是一种镁合金抗腐蚀用的优良防护涂层。
Description
技术领域
本发明是一种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，属于金属材料的表面处理技术领域。
背景技术
镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性优良和易于回收等优点，在航空、汽车、电子等领域有着广阔的应用前景。镁合金比铝合金轻35%，并且具有特别的韧性和阻尼能力，因此利用其高的强度-重量特性制造飞机的组合部件，如直升机的传动和变速箱、固定翼飞机的变速箱等。但镁合金的电化学活性较高，与其它金属相比较是阳极性金属材料，因此在具有多种金属材料组合的部件***中，为防止腐蚀性介质存在时由于电偶腐蚀效应引起的镁合金的优先和加速腐蚀必须对镁合金进行防护。目前常用的镁合金表面防护方法主要有阳极氧化处理、微弧氧化处理、电镀及化学镀、化学转化膜处理等。其中微弧氧化技术突破了传统阳极氧化技术对工作电压的限制，其工艺简单、效率高、无污染，但它存在工艺重现性差、价格高、膜层中含有微孔、裂纹等不足。电镀和化学镀是传统的表面处理技术，其工艺通常会带来环境污染等。化学转化膜处理工艺中含有六价铬，具有毒性，污染环境，废液处理成本也高。
金属铝涂层作为一种防腐蚀涂层，不仅具有隔离腐蚀介质的作用，而且对于钢铁等基体材料来说还是一种阳极性材料，因此广泛用作钢铁构件的防腐。铝及其合金涂层也被广泛应用于镁合金的一种防腐涂层。对镁合金表面热喷涂铝的研究结果表明，喷铝层比较致密，与基体结合良好，且镁合金的耐腐蚀性能也有所提高。
低温气动喷涂是近年来发展起来的一门新兴的表面工程技术，利用低温气动喷涂技术已经成功实现纯金属、合金以及复合涂层的制备，并在制备纳米结构涂层方面展现出优势。低温启动喷涂技术制备的涂层具有氧化物含量低、涂层热应力小、硬度高、结合强度好等特点，近年来受到了广泛的关注；而低温气动喷涂技术具有成本低、效率高、环保、可实现复合涂层和厚涂层制备等特点，成为喷涂行业的后起之秀。
利用低温气动喷涂技术在镁合金表面制备铝涂层，不但能够得到涂层致密、结合强度高的抗腐蚀涂层，而且能够根据涂层性能需求，调整和控制涂层的成分，提高防护涂层的耐磨损性能。利用低温气动喷涂技术在镁合金表面制备铝涂层是一种低能耗、绿色环保型的技术。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，其目的是在保证涂层的致密度和结合强度的前提下，控制涂层中的铝粉和硬质颗粒成分比例，提高涂层硬度，实现抗腐蚀、耐磨损的优良性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，包括对镁合金基体表面的预处理、涂层制备和对涂层的后处理工序，其特征在于：涂层制备采用低温气动喷涂装置完成，该装置的工作参数为：以高压压缩空气为送粉气和清扫气，压力不低于2.5MPa，送粉气体压力为1.5～2.5MPa，温度30～600℃，送粉率为2～10kg/h，喷涂距离为20～50mm，移动速度为50～100mm/s；
涂层材料的成分为球状铝粉或球状铝粉与硬质颗粒的混合物，混合物中球状铝粉与硬质颗粒的重量百分比为：70～98%、30～2%，硬质颗粒是Al2O3或SiC粉末；
涂层材料的使用方法采用以下两种之一：
（1）将球状铝粉直接在喷涂镁合金基体上形成涂层。
（2）先将球状铝粉和硬质颗粒粉末混合，在球磨机中研磨48～72小时后，直接在镁合金基体上喷涂涂层。
对镁合金基体表面进行预处理的过程是：首先采用平均粒度为700μm的白钢玉砂或150～250μm的石英砂，在0.4～0.6MPa的压下对镁合金基体表面进行喷砂，然后用丙酮清洗，清洗后一小时内进行涂层制备。
涂层制备完成后，采用后处理的方式以提高涂层的致密度和抗腐蚀性能，
后处理工序为以下方法之一：
（1）对涂层进行喷丸处理，采用粒径为0.15mm的陶瓷丸，压力为0.06～0.08MPa；
（2）对涂层进行封闭处理，采用北京航空材料研究院生产的518封孔剂涂覆涂层表面，干燥后成膜。
涂层厚度为50～300μm。
本发明技术方案具有以下优点：
1、粉末加热温度较低，涂层基本无氧化现象，能够较好地保留最初粒子的物性；
2、喷涂温度低，喷涂过程中没有过多的热量传递到被加工的工件表面；涂层对基体的热影响很小，不会引起基体工件的高温变形；
3、涂层层间应力较低，且主要是压应力，有利于沉积较厚的涂层；
4、与涂层其他制备技术相比较，具有涂层致密、空隙率低、硬度高，涂层成分、厚度易控制等优点。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
所用涂层材料球状铝粉、硬质耐磨颗粒Al2O3或SiC均为市售产品。低温气动喷涂***由俄罗斯科学院西伯利亚分院提供。
实施实例1
基体采用ZM6镁合金，工件尺寸为100mm×50mm×5mm，喷涂面尺寸为100mm×50mm。低温气动喷涂用涂层材料为粒度在22～52μm范围内的球状铝粉，喷涂前对基体材料进行喷砂和清洗处理，1小时内采用低温气动喷涂***制备涂层制备铝涂层，高压压缩空气为送粉气和清扫气，送粉压力2.4Mpa，载气压力2.2MPa；气体温度为300℃；喷涂距离为20mm；送粉速率为1.16g/s；喷涂间隔距离为2mm；喷嘴相对于基板移动速度为30mm/s。得到厚度为150～300μm的涂层，采用粒径为0.15mm的陶瓷丸，在压力为0.06～0.08MPa下对涂层进行喷丸后处理。
用扫描电镜对涂层的表面、截面形貌、涂层与基体材料的结合进行分析；采用EDS分析涂层表面、截面的成分；采用金相观察法测量涂层的孔隙率；结果表明：涂层致密，表面及截面无明显的孔隙和微裂纹；涂层除铝元素外，没有其他元素存在；涂层空隙率为0.8%；涂层与基体的结合良好，结合面无明显的孔隙出现。
涂层硬度采用Buehler型显微硬度计测量残余压痕尺寸计算，选用载荷为245mN，加载时间为15s，每块试样选取5个试验点计算平均值，结果为60。
用动电位极化扫描的电化学方法和中性盐雾试验评价和考核涂层的抗腐蚀性能。室温下在3.5%NaCl溶液中测试极化曲线，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，扫描速率为0.1mV/s。中性盐雾试验按照GB10125的要求在Q-FOG盐雾试验箱中进行。结果表明：铝涂层的自腐蚀电位为-850mV，腐蚀电流密度为3.17μA/cm2；盐雾腐蚀200h无腐蚀，盐雾试验1000h未腐蚀基体。
实施实例2
基体采用ZM6镁合金，试样尺寸为100mm×50mm×5mm，喷涂面尺寸为100mm×50mm。低温气动喷涂用涂层材料为粒度在22～52μm范围内的球状铝粉和粒度在50～100μm的范围内的硬质耐磨颗粒Al2O3的混合粉末，球状铝粉和硬质耐磨颗粒Al2O3的重量百分比为75%、25%。将混合粉末在球磨机中研磨48～72小时；喷涂前对基体材料进行喷砂和清洗处理，1小时内采用低温气动喷涂***制备涂层制备铝涂层，高压压缩空气为送粉气和清扫气，送粉压力2.4Mpa，载气压力2.0MPa；气体温度为300℃；喷涂距离为15mm；送粉速率为1.16g/s；喷涂间隔距离为2mm；喷嘴相对于基板移动速度为50mm/s。得到厚度为150～300μm的涂层，得到厚度为120～200μm的涂层，采用粒径为0.15mm的陶瓷丸，在压力为0.06～0.08MPa下对涂层进行喷丸后处理。
用扫描电镜对涂层的表面、截面形貌、涂层与基体材料的结合进行分析；采用EDS分析涂层表面、截面的成分；采用金相观察法测量涂层的孔隙率；结果表明：涂层致密，表面及截面无明显的孔隙和微裂纹；涂层除铝元素外，没有其他元素存在；涂层空隙率为0.5%；涂层与基体的结合良好，结合面无明显的孔隙出现。
涂层硬度采用Buehler型显微硬度计测量残余压痕尺寸计算，选用载荷为245mN，加载时间为15s，每块试样选取5个试验点计算平均值，结果为62。
实施实例3
基体采用ZM6镁合金，试样尺寸为100mm×50mm×5mm，喷涂面尺寸为100mm×50mm。低温气动喷涂用涂层材料为粒度在22～52μm范围内的球状铝粉和粒度在22～52μm的范围内的硬质耐磨颗粒SiC的混合粉末，球状铝粉和硬质耐磨颗粒Al2O3的重量百分比为90%、10%。将混合粉末在球磨机中研磨48～72小时；喷涂前对基体材料进行喷砂和清洗处理，1小时内采用低温气动喷涂***制备涂层制备铝涂层，高压压缩空气为送粉气和清扫气，送粉压力2.4Mpa，载气压力2.0MPa；气体温度为300℃；喷涂距离为15mm；送粉速率为1.16g/s；喷涂间隔距离为2mm；喷嘴相对于基板移动速度为50mm/s。得到厚度为50～150μm的涂层；采用北京航空材料研究院生产的518封孔剂涂覆涂层表面，对涂层进行封闭处理。
用扫描电镜对涂层的表面、截面形貌、涂层与基体材料的结合进行分析；采用EDS分析涂层表面、截面的成分；采用金相观察法测量涂层的孔隙率；结果表明：涂层致密，表面及截面无明显的孔隙和微裂纹；涂层除铝元素外，没有其他元素存在；涂层空隙率为0.5%；涂层与基体的结合良好，结合面无明显的孔隙出现。
涂层硬度采用Buehler型显微硬度计测量残余压痕尺寸计算，选用载荷为245mN，加载时间为15s，每块试样选取5个试验点计算平均值，结果为60。
与现有技术相比，工艺简单、效率高、无污染。涂层制备过程中无氧化和相变；涂层致密、显微硬度高达60，孔隙率低于1%，厚度可控；抗腐蚀性能优良，中性盐雾试验超过1000小时。
Claims (1)
1.一种镁合金抗腐蚀防护涂层的制备方法，包括对镁合金基体表面的预处理、涂层制备和对涂层的后处理工序，涂层制备采用低温气动喷涂装置完成，其特征在于：基体采用ZM6镁合金，试样尺寸为100mm×50mm×5mm，喷涂面尺寸为100mm×50mm，低温气动喷涂用涂层材料为粒度在22～52μm范围内的球状铝粉和粒度在50～100μm的范围内的硬质耐磨颗粒Al2O3的混合粉末，球状铝粉和硬质耐磨颗粒Al2O3的重量百分比为75％、25％；
将混合粉末在球磨机中研磨48～72小时；喷涂前对基体材料进行喷砂和清洗处理，1小时内采用低温气动喷涂***制备铝涂层，高压压缩空气为送粉气和清扫气，送粉压力2.4Mpa，载气压力2.0MPa；气体温度为300℃；喷涂距离为15mm；送粉速率为1.16g/s；喷涂间隔距离为2mm；喷嘴相对于基板移动速度为50mm/s；
得到厚度为150～300μm的涂层后采用粒径为0.15mm的陶瓷丸，在压力为0.06～0.08MPa下对涂层进行喷丸后处理。
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