CN106435439A - 一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁合金材料表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该技术主要针对航天器轻量化设计对镁合金的应用需求，满足镁合金在地面测试、储存、运输等过程中的腐蚀防护要求。通过电弧丝材热喷涂的方法在镁合金材料表面喷涂制备形成金属防护涂层，然后对涂层进行后处理及热处理，以有效的提升涂层的腐蚀防护能力。

Description

一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金材料表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该技术主要针对航天器轻量化设计对镁合金的应用需求，满足镁合金在地面测试、储存、运输等过程中的腐蚀防护要求。通过电弧丝材热喷涂的方法在镁合金材料表面喷涂制备形成金属防护涂层，然后对涂层进行后处理及热处理，以有效的提升涂层的腐蚀防护能力。
背景技术
受发射成本的影响，航天器结构材料一般都采用轻质合金进行制造，常用材料为钛合金、铝合金及镁合金。其中，镁合金密度约为1.78g/cm3，约为铝合金的2/3，是最轻的结构金属，具有密度低、比强度高、阻尼减振性好、电磁屏蔽能力强、导电导热性好等一系列优点，是航天器结构减重的理想材料。但由于镁的电极电位低，约为-2.37V，化学性质活泼，在自然大气中镁合金极易形成氧化膜，且自然形成的氧化膜疏松多孔，不能对镁合金基体形成有效的保护，这一特点使得镁合金产品在地面试验、运输、贮存等环节中易发生腐蚀。因此，需要对镁合金材料进行表面处理以提高镁合金的防腐性能，满足航天器应用对镁合金材料的防腐性能需求。
现有技术中，镁合金
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种镁合金材料表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法。本发明所述制备方法主要采用电弧丝材热喷涂的方法实现在镁合金材料表面防护性金属涂层的制备，并通过孔隙封闭及热处理，实现涂层高耐蚀性的功能。
本发明的技术解决方案是：
一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，之后放入150～250℃烘箱中烘烤4～8小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
所述的步骤(1)中，进行除油时采用汽油或乙醇进行冲洗或擦拭处理。
所述的步骤(2)中，进行喷砂处理时喷砂砂粒为金刚砂，粒径为80～120目；喷砂气压控制在0.2Mpa～0.5Mpa范围。
所述的步骤(3)中，所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为30-35V，喷涂电流为90-110A，喷涂气压为0.7-0.9MPa，喷涂距离为150～350mm，喷涂气源为压缩空气。
所述的步骤(3)中，所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为1.6-2.3mm；所述的金属涂层的厚度为60～250μm。
所述的步骤(4)中，改性方法为：将表面涂有金属涂层的镁合金材料浸渍到封闭溶胶剂中或是采用纱布蘸取封闭溶胶剂擦拭金属涂层表面，然后将镁合金材料从封闭溶胶剂中取出后放置1-3h晾干或是直接晾干1-3h。
所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为0.5-5份，纳米氧化硅的质量份数为0.5-2份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10-90份。
所述的封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为1-5份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油或含氢硅油，小分子的羟基硅油的粘度不大于5000Pa·s。
所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
当封闭溶胶剂中包括可聚合型有机硅时，将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
一种封闭溶胶剂，包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为0.5-5份，纳米氧化硅的质量份数为0.5-2份；所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂；无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10-90份。
所述的封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为1-5份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油或含氢硅油，小分子的羟基硅油的粘度不大于5000Pa·s。一种封闭溶胶剂，其特征在于：
将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
一种封闭溶胶剂的应用，步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，之后放入150～250℃烘箱中烘烤4～8小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用电弧丝材热喷涂的方法进行镁合金防腐涂层的制备，涂层施工简单，效率高、成本低；
(2)通过封闭溶胶剂对热喷涂涂层进行改性处理，可以有效的填补热喷涂涂层空隙，提升涂层的耐腐蚀性能。
(3)本发明提供一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该涂层可以满足航天器用镁合金材料都在地面测试、储存及运输过程的防护性能要求，实现对镁合金材料的有效防护，对推动镁合金材料在航天器中的应用及轻量化设计具有重要作用。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理，可采用汽油或乙醇等进行冲洗或擦拭处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理，喷砂砂粒为金刚砂，粒径为80～120目；喷砂气压控制在0.2Mpa～0.5Mpa范围；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为30-35V，喷涂电流为90-110A，喷涂气压为0.7-0.9MPa，喷涂距离为150～350mm，喷涂气源为压缩空气；
所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为1.6-2.3mm；
所述的金属涂层的厚度为60～250μm。
所述的热喷涂的材料采用金属铝丝或铝合金丝材；
采用压缩空气进行金属液滴的雾化；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，改性方法为：将表面涂有金属涂层的镁合金材料浸渍到封闭溶胶剂中或是采用纱布蘸取封闭溶胶剂擦拭金属涂层表面，然后将镁合金材料从封闭溶胶剂中取出后放置1-3h晾干或是直接晾干1-3h，之后放入150～250℃烘箱中烘烤4～8小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为0.5-5份，纳米氧化硅的质量份数为0.5-2份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂，比如KH550、KH560、KH570；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10-90份；
该封闭溶胶剂还可以包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为1-5份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油或含氢硅油，小分子的羟基硅油的粘度不大于5000Pa·s；
所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂；当封闭溶胶剂中包括可聚合型有机硅时，将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
为了进一步理解本发明，下面结合实施案例对本发明进行描述。
实施例1
一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理，采用汽油进行擦拭处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理，喷砂砂粒为金刚砂，粒径为120目；喷砂气压控制在0.3Mpa～0.5Mpa范围；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为32V，喷涂电流为90A，喷涂气压为0.8MPa，喷涂距离为250mm，喷涂气源为压缩空气；
所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为1.6mm；
所述的金属涂层的厚度为120～150μm。
所述的热喷涂的材料采用金属铝丝；
采用压缩空气进行金属液滴的雾化；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，改性方法为：将表面涂有金属涂层的镁合金材料浸渍到封闭溶胶剂中，然后将镁合金材料从封闭溶胶剂中取出后放置1h晾干，之后放入250℃烘箱中烘烤4小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为5份，纳米氧化硅的质量份数为1份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂，比如KH550；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10份；
所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温的条件下搅拌4h，搅拌时的转速为300转/min，得到封闭溶胶剂；
通过上述方法在镁合金表面制备出防腐涂层，在中性盐雾条件下的防护能力大于10天。
实施例2
一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理，采用汽油进行擦拭处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理，喷砂砂粒为金刚砂，粒径为100目；喷砂气压控制在0.2Mpa～0.3Mpa范围；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为35V，喷涂电流为100A，喷涂气压为0.9MPa，喷涂距离为300mm，喷涂气源为压缩空气；
所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为2.0mm；
所述的金属涂层的厚度为150～200μm。
所述的热喷涂的材料采用金属铝丝；
采用压缩空气进行金属液滴的雾化；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，改性方法为：将表面涂有金属涂层的镁合金材料浸渍到封闭溶胶剂中，然后将镁合金材料从封闭溶胶剂中取出后放置1h晾干，之后放入150℃烘箱中烘烤5小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为5份，纳米氧化硅的质量份数为2份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂，比如KH560；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为50份；
该封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为3份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油，小分子的羟基硅油的粘度为500-1000Pa·s；
所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在80℃的条件下搅拌8h，搅拌时的转速为400转/min，得到封闭溶胶剂。
通过上述方法在镁合金表面制备出防腐涂层，在中性盐雾条件下的防护能力大于10天。
实施例3
一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理，采用汽油进行擦拭处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理，喷砂砂粒为金刚砂，粒径为100目；喷砂气压控制在0.2Mpa～0.3Mpa范围；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为35V，喷涂电流为100A，喷涂气压为0.9MPa，喷涂距离为300mm，喷涂气源为压缩空气；
所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为2.0mm；
所述的金属涂层的厚度为150～200μm。
所述的热喷涂的材料采用金属铝丝；
采用压缩空气进行金属液滴的雾化；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，改性方法为：采用擦拭的方法在金属涂层表面擦拭封闭溶胶剂，然后放置1h晾干，之后放入150℃烘箱中烘烤5小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为5份，纳米氧化硅的质量份数为2份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂，比如KH560；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为50份；
该封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为3份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油，小分子的羟基硅油的粘度为500-1000Pa·s；
所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在80℃的条件下搅拌8h，搅拌时的转速为400转/min，得到封闭溶胶剂。
通过上述方法在镁合金表面制备出防腐涂层，在中性盐雾条件下的防护能力大于10天。

Claims (15)

1.一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，之后放入150～250℃烘箱中烘烤4～8小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，进行除油时采用汽油或乙醇进行冲洗或擦拭处理。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，进行喷砂处理时喷砂砂粒为金刚砂，粒径为80～120目；喷砂气压控制在0.2Mpa～0.5Mpa范围。
4.根据权利要求1所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的热喷涂时的参数为：喷涂电压为30-35V，喷涂电流为90-110A，喷涂气压为0.7-0.9MPa，喷涂距离为150～350mm，喷涂气源为压缩空气。
5.根据权利要求1所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述的金属涂层所采用的原料为铝丝或铝合金丝，铝丝或或铝合金丝的直径为1.6-2.3mm；所述的金属涂层的厚度为60～250μm。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，改性方法为：将表面涂有金属涂层的镁合金材料浸渍到封闭溶胶剂中或是采用纱布蘸取封闭溶胶剂擦拭金属涂层表面，然后将镁合金材料从封闭溶胶剂中取出后放置1-3h晾干或是直接晾干1-3h。
7.根据权利要求6所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的封闭溶胶剂包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为0.5-5份，纳米氧化硅的质量份数为0.5-2份；
所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂；
无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10-90份。
8.根据权利要求7所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为1-5份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油或含氢硅油，小分子的羟基硅油的粘度不大于5000Pa·s。
9.根据权利要求7所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述的封闭溶胶剂的制备方法，步骤为：将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
10.根据权利要求8所述的一种镁合金表面高耐蚀性热喷涂涂层的制备方法，其特征在于：当封闭溶胶剂中包括可聚合型有机硅时，将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
11.一种封闭溶胶剂，其特征在于：包括硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯，以无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份计算，硅烷表面处理剂的质量份数为0.5-5份，纳米氧化硅的质量份数为0.5-2份；所述的硅烷表面处理剂为硅烷改性偶联剂；无水乙醇和乙酸丁酯的总质量为100份时，其中无水乙醇的质量份数为10-90份。
12.根据权利要求11所述的一种封闭溶胶剂，其特征在于：所述的封闭溶胶剂还包括可聚合型有机硅，可聚合型有机硅的质量份数为1-5份；
所述的可聚合型有机硅为小分子的羟基硅油或含氢硅油，小分子的羟基硅油的粘度不大于5000Pa·s。
13.一种权利要求11所述的一种封闭溶胶剂的制备方法，其特征在于步骤为：将硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇和乙酸丁酯进行混合，在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
14.一种权利要求12所述的一种封闭溶胶剂的制备方法，其特征在于步骤为：将可聚合型有机硅与硅烷表面处理剂、纳米氧化硅、无水乙醇、乙酸丁酯进行混合，然后在室温-80℃的条件下搅拌4-8h，搅拌时的转速为300-1000转/min，得到封闭溶胶剂。
15.一种封闭溶胶剂的应用，其特征在于：
(1)将镁合金材料表面进行除油处理；
(2)对经过步骤(1)除油处理后的镁合金材料表面进行喷砂处理；
(3)采用电弧热喷涂的方法在步骤(2)得到的镁合金材料表面进行金属涂层的热喷涂制备；
(4)对步骤(3)得到的镁合金材料表面金属涂层采用封闭溶胶剂进行改性处理，之后放入150～250℃烘箱中烘烤4～8小时，得到表面有一层高耐蚀性热喷涂涂层镁合金。
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