CN107761041B - 一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，包括如下步骤：（1）金属表面预处理、（2）金属表面喷涂处理。本发明喷涂处理方法工艺特殊，经过处理后的工件表面的涂层耐腐、耐磨、强度等特性良好，较现有电弧喷涂处理方法的效果提升较大，推广使用价值较高。
Description
技术领域
本发明属于金属表面加工处理技术领域，具体涉及一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法。
背景技术
金属及其合金材料是现在人们生活中必不可少的原料之一，但多数金属材料的耐腐性能较差，在长期使用过程中无法达到人们的使用要求，因此需要对其表面进行改性处理。电弧喷涂是现在较为热门的喷涂技术之一，其喷涂质量相对稳定，成本低，安全性好，生产的效率高，但电弧喷涂是依靠熔融的金属微粒互相堆叠在工件表面，其相互堆叠结合处在外力的作用下会产生一定缝隙，且喷涂处理时颗粒会被氧气氧化，从而会降低喷涂的质量，随着对加工生产技术要求的不断提高，电弧喷涂处理的工艺也需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，包括如下步骤：
（1）金属表面预处理：
a.先用砂纸对待加工的金属材料表面进行打磨处理，完成后用去离子水洗去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的金属材料浸入到除油液中洗去表面油脂类杂质后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的金属材料放入干燥室内进行干燥处理，取出后再对其表面进行喷砂处理，最后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，完成后取出备用；
（2）金属表面喷涂处理：
a.对步骤（1）处理完成后的金属材料进行表面电弧喷涂处理，具体是将金属材料放入到氮气环境中，用电弧喷涂机对其表面进行喷涂处理，完成后取出即可；
b.在操作a电弧喷涂处理的同时，还对金属材料表面喷射复合液处理，所述的复合液中各成分及其对应的重量百分比为：丙烯酸3~5%、钛酸酯偶联剂1.5~2%、氯化铵0.3~0.5%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1~0.3%、纳米二氧化硅1~2%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的砂纸的目数为300目。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液中各成分及其对应的重量百分比为：氢氧化钠5~8%、焦磷酸钠2~4%、柠檬酸钠1~3%、硼酸钠0.5~1.5%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的喷砂处理时采用的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10#。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的电弧喷涂处理期间控制电压为25~27V，电流为90~100A，空气压力为0.5~0.7MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂的距离为90~110mm。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的复合液经过雾化后再进行喷射，其喷射的角度与电弧喷涂的角度呈45°。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为20~80nm。
传统电弧喷涂处理过程中，高温熔融金属喷丝颗粒被高速喷覆在工件表面，在此过程中其会被氧气氧化，改变了熔融颗粒表面的特性，不利于其与其余成分结合，同时在高速冲击力下，喷覆的熔融颗粒固化后，其界面之间会有微小空隙，在长期使用过程中仍会被空气等腐蚀介质侵入，最终破坏工件基体，从而腐蚀了工件，此问题不利于工件整体特性的改善。本发明针对上述问题对加工处理的工艺进行了改进处理，先对金属表面进行了一系列的预处理操作，保证了金属材料表面的洁净度，并合理增加了其表面粗糙度，为后续的操作奠定了基础，接着对金属表面进行电弧喷涂处理，喷涂期间又额外添加了雾化复合液喷射处理，在雾化复合液中添加的钛酸酯偶联剂能有效的改善金属熔滴以及纳米二氧化硅成分的表面活性，提升了其相容性，添加的丙烯酸成分能有效的实现熔滴界面间的接枝连接，添加的氯化铵在高温下其氮元素能催化增强金属熔滴表面的活性基团含量，雾化复合液喷射在电弧处理的喷涂射流上时，高温促使水分蒸发，其内含有的成分融合在金属熔滴的外表面，填补了后期金属熔滴结合界面处的缝隙，此处理效果均匀，同时又对金属熔滴外表面进行降温处理，缩短了固化的时长，并能进一步增强涂层的强度、耐磨等特性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明喷涂处理方法工艺特殊，经过处理后的工件表面的涂层耐腐、耐磨、强度等特性良好，较现有电弧喷涂处理方法的效果提升较大，推广使用价值较高。
附图说明
图1为本发明加工处理过程的结构示意图。
其中，1为待加工工件、2为电弧喷涂机喷头、3为复合液雾化喷头、4为电弧喷涂射流、5为雾化复合液。
具体实施方式
实施例1
一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，包括如下步骤：
（1）金属表面预处理：
a.先用砂纸对待加工的金属材料表面进行打磨处理，完成后用去离子水洗去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的金属材料浸入到除油液中洗去表面油脂类杂质后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的金属材料放入干燥室内进行干燥处理，取出后再对其表面进行喷砂处理，最后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，完成后取出备用；
（2）金属表面喷涂处理：
a.对步骤（1）处理完成后的金属材料进行表面电弧喷涂处理，具体是将金属材料放入到氮气环境中，用电弧喷涂机对其表面进行喷涂处理，完成后取出即可；
b.在操作a电弧喷涂处理的同时，还对金属材料表面喷射复合液处理，所述的复合液中各成分及其对应的重量百分比为：丙烯酸3%、钛酸酯偶联剂1.5%、氯化铵0.3%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1%、纳米二氧化硅1%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的砂纸的目数为300目。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液中各成分及其对应的重量百分比为：氢氧化钠5%、焦磷酸钠2%、柠檬酸钠1%、硼酸钠0.5%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的喷砂处理时采用的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10#。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的电弧喷涂处理期间控制电压为25V，电流为90A，空气压力为0.5MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂的距离为90mm。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的复合液经过雾化后再进行喷射，其喷射的角度与电弧喷涂的角度呈45°。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为20~80nm。
实施例2
一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，包括如下步骤：
（1）金属表面预处理：
a.先用砂纸对待加工的金属材料表面进行打磨处理，完成后用去离子水洗去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的金属材料浸入到除油液中洗去表面油脂类杂质后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；
c.将操作b处理后的金属材料放入干燥室内进行干燥处理，取出后再对其表面进行喷砂处理，最后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，完成后取出备用；
（2）金属表面喷涂处理：
a.对步骤（1）处理完成后的金属材料进行表面电弧喷涂处理，具体是将金属材料放入到氮气环境中，用电弧喷涂机对其表面进行喷涂处理，完成后取出即可；
b.在操作a电弧喷涂处理的同时，还对金属材料表面喷射复合液处理，所述的复合液中各成分及其对应的重量百分比为：丙烯酸5%、钛酸酯偶联剂2%、氯化铵0.5%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.3%、纳米二氧化硅2%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的砂纸的目数为300目。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的除油液中各成分及其对应的重量百分比为：氢氧化钠8%、焦磷酸钠4%、柠檬酸钠3%、硼酸钠1.5%，余量为水。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的喷砂处理时采用的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10#。
进一步的，步骤（2）操作a中所述的电弧喷涂处理期间控制电压为27V，电流为100A，空气压力为0.7MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂的距离为110mm。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的复合液经过雾化后再进行喷射，其喷射的角度与电弧喷涂的角度呈45°。
进一步的，步骤（2）操作b中所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为20~80nm。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，省去步骤（2）金属表面喷涂处理操作b复合液中的氯化铵和纳米二氧化硅成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例1相比，省去步骤（2）金属表面喷涂处理中的操作b处理，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，选用同一批镁铝合金材料作为实验对象，分为三组后，分别用上述实施例1、对比实施例1、对比实施例2所述的方法进行喷涂处理（各组喷涂处理所用的喷丝材料均为同种镍铬铝合金，其中镍78wt%、铬12wt%、铝10wt%），完成后对处理后的镁铝合金材料进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
| 耐蚀实验处理后试样板表面特征 | 抗热震实验处理后试样板表面特征 | |
| 实施例1 | 表面出现少量白色锈斑 | 表面未出现裂纹、翘起等不良现象 |
| 对比实施例1 | 表面出现明显白色锈斑和点蚀坑 | 表面出现少量的裂纹和翘起 |
| 对比实施例2 | 表面出现大量白色锈斑和点蚀坑 | 表面出现明显的裂纹和翘起，并有部分脱落现象 |
注：上表1中所述的耐蚀实验具体操作是：将处理后的镁铝合金材料浸入到腐蚀介质中浸泡处理40h，完成后将镁铝合金材料取出观察其表面腐蚀程度并记录，其中腐蚀介质是质量分数为8%NaCl+10%H2SO4水溶液；所述的抗热震实验具体操作是：将处理后的镁铝合金材料放入热处理炉中从200～350℃每隔 50℃升温加热一次，每次保温处理60分钟，每次保温处理时对镁铝合金材料反复热震80次，完成后空冷，取出观察表面涂层情况。
由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的提升喷涂涂层的耐腐特性，增强了其与基材的结合能力，处理效果较好。
为了进一步对比本发明效果，选用45号钢材作为实验对象，分为三组后，分别用上述实施例1、对比实施例1、对比实施例2所述的方法进行喷涂处理（各组喷涂处理所用的喷丝材料均为同种铁镍铬铝合金，其中铁70wt%、镍10wt%、铬6wt%、铝4wt%），完成后对处理后的45号钢材进行性能测试，具体对比数据如下表2所示：
表2
| 涂层表面硬度（HV<sub>0.1</sub>） | |
| 实施例1 | 750 |
| 对比实施例1 | 690 |
| 对比实施例2 | 645 |
由上表2可以看出，本发明处理方法能有效的增强涂层的硬度，进一步增强了被处理材料的综合特性，使用价值较好。
Claims (4)
1.一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）金属表面预处理：
a.先用砂纸对待加工的金属材料表面进行打磨处理，完成后用去离子水洗去碎屑后备用；
b.将操作a处理后的金属材料浸入到除油液中洗去表面油脂类杂质后取出，然后用去离子水冲洗一遍后备用；所述的除油液中各成分及其对应的重量百分比为：氢氧化钠5~8%、焦磷酸钠2~4%、柠檬酸钠1~3%、硼酸钠0.5~1.5%，余量为水；
c.将操作b处理后的金属材料放入干燥室内进行干燥处理，取出后再对其表面进行喷砂处理，最后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，完成后取出备用；
（2）金属表面喷涂处理：
a.对步骤（1）处理完成后的金属材料进行表面电弧喷涂处理，具体是将金属材料放入到氮气环境中，用电弧喷涂机对其表面进行喷涂处理，完成后取出即可；所述的电弧喷涂处理期间控制电压为25~27V，电流为90~100A，空气压力为0.5~0.7MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂的距离为90~110mm；
b.在操作a电弧喷涂处理的同时，还对金属材料表面喷射复合液处理，所述的复合液中各成分及其对应的重量百分比为：丙烯酸3~5%、钛酸酯偶联剂1.5~2%、氯化铵0.3~0.5%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1~0.3%、纳米二氧化硅1~2%，余量为水；所述的纳米二氧化硅的颗粒大小为20~80nm。
2.根据权利要求1所述的一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，其特征在于，步骤（1）操作a中所述的砂纸的目数为300目。
3.根据权利要求1所述的一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的喷砂处理时采用的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10#。
4.根据权利要求1所述的一种改善金属及其合金表面特性的喷涂处理方法，其特征在于，步骤（2）操作b中所述的复合液经过雾化后再进行喷射，其喷射的角度与电弧喷涂的角度呈45°。
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