CN109161869A - 一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法 - Google Patents

一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法，所述防腐涂层包括稀有有色金属层、无机氧化物层、液体涂料层中的一种或几种；所述防腐涂层的形成方法为化学气相沉积、浸涂法、热喷涂法中的一种或几种。本发明通过在金属部件表面做一防腐涂层，尤其适用于液态金属的防腐，避免高温液态金属和金属基材的直接接触，从而达到防腐的效果。解决了在使用过程中，高温液态金属对基材的腐蚀问题，减少了工业成本，且扩大了液态金属的应用范围，在使用温度下对具有液态金属应有较强的耐腐蚀性能，并应具有良好的抗冷热冲击性能、附着力强、孔隙率低的特点。

Description

一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法
技术领域
本发明涉及防腐技术，具体涉及一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法。
背景技术
液态金属通常是指一种在室温附近为液态的金属，如熔点在30℃以下的镓或其合金，也或是在稍高一些温度范围如40℃—200℃能呈液态的低熔点金属合金。液态金属具有低熔点、高沸点的特性，如镓的熔点为29.77℃，沸点为2403℃。利用液态金属低熔点、高沸点的特性，可将液态金属用于液压传动、差压变送器。
用液态金属替代传统差压变送器中使用的硅油、氟油、植物油等液态介质，可解决传统差压变送器中液态介质高温下易变质、易气化的问题，从而满足差压变送器在超高温环境下的使用要求。
液态金属替代传统液体介质有广阔的应用前景，但是液态金属对与其直接接触的金属会有不同程度的腐蚀，并且温度越高，腐蚀情况越严重，这大大限制了液态金属的应用范围，解决液态金属的腐蚀问题刻不容缓。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法。本发明所提供的防腐涂层尤其适用于液态金属的防腐，在高温下对液态金属具有较强的耐腐蚀性能，并具有良好的抗冷热冲击性能、附着力强、孔隙率低的特点。
所述方法中，所述防腐涂层包括稀有有色金属层、无机氧化物层、液体涂料层中的一种或几种；
所述防腐涂层的形成方法为化学气相沉积、浸涂法、热喷涂法中的一种或几种。
所述稀有有色金属层包括钨层、铼层、钼钨合金层中的一种或几种；
优选地，所述稀有有色金属层的形成方法为化学气相沉积法和热喷涂法中的一种。
和/或，
优选地，当以化学气相沉积法进行涂层处理时，尤其适用于对直径(内径)小于10mm的金属管道内壁进行涂层处理。
所述稀有有色金属层为钨层，优选采用如下处理方法：以六氟化钨、氢气混合后加热至600-700℃，保持30-40min，所述六氟化钨和氢气的体积用量比为1:(3-5)，气流量：1.5-2L/min，即可于所述金属部件表面形成钨涂层。
更优选地，所述钨涂层的厚度为20-25μm。
所述无机氧化物层包括氧化铍层、氧化铝层、氧化锆层、氧化硅层中的一种或几种；
优选地，所述无机氧化物层的形成方法为热喷涂法。
优选地，当以热喷涂法进行涂层处理时，尤其适用于对直径(内径)大于60mm的金属管道内壁进行涂层处理，也适用于平面金属材料的涂层处理，平面金属部件涂层处理无尺寸限制。
所述无机氧化物层为氧化铝层，优选采用如下处理方法：①将金属部件表面洗净、粗化，以增加金属部件的表面粗糙度，表面粗糙度为Ra3.0-3.5μm，以增加涂层与金属部件的附着力；②预热金属部件，预热温度为100-150℃；③用传统的等离子喷涂法喷涂在金属部件表面先喷涂一层粘接层，以增加氧化铝层与金属部件的附着力，粘接层为镍铝粉末、镍铬粉末或镍铬铝粉末中的一种，粘接层厚度为20-100μm；④用传统的等离子喷涂法喷涂氧化铝涂层材料；⑤采用常规封孔剂进行封孔处理，以减小涂层的孔隙率，即可于所述金属部件表面形成氧化铝涂层。更优选地，所述无机氧化物层的厚度为0.05-0.5mm。
所述液体涂料层为无机纳米涂料层或有机硅高温涂料层。
优选地，所述液体涂料层的形成方法为浸涂法。
作为优选，所述液体涂料是由无机纳米涂料和稀释剂按照质量比(8-10):1比例混合后配置而得。
优选地，在室温条件下(约25℃)，将所述金属管道部件浸入于所述液体涂料中，对所述金属部件以浸涂法利用液体涂料循环装置进行浸涂，循环3-5min后，通入空气排空管道中残留的涂料，以防堵塞管道，最后室温或加热固化备用；优选地，所述液体涂料防腐涂层的厚度为0.02mm—0.5mm。
本发明所述的方法，所述金属部件的材质为铝、铜、铸铁、不锈钢、钛、镍、钛镍合金等中的一种。
进一步地，本发明提供一种防腐金属部件，由上述任意一项技术方案所述的方法向所述金属部件的金属表面喷涂所述防腐涂层而得到。
同时，本发明所提出的防腐涂层的形成方法，特别应用于液态金属的防腐。
优选地，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌锡合金、镓锌合金中的一种或几种。
进一步地，本发明所提出的防腐涂层使用温度为500℃以上。
本发明所提供的防腐涂层在使用温度下对液态金属应具有较强的耐腐蚀性能，并应具有良好的抗冷热冲击性能、高附着力、低孔隙率的特点。
本发明通过在金属部件表面(包括内壁等)做一防腐涂层，避免高温液态金属和金属基材的直接接触，从而达到防腐的效果。解决了在使用过程中，高温液态金属对基材的腐蚀问题，减少了工业成本，且扩大了液态金属的应用范围。
附图说明
图1为金属管道内壁做完防腐涂层后横截面示意图。
图2为化学气相沉积镀钨流程图；
图3为用喷涂法制备防腐涂层的流程图；
图4为防腐处理后液压传动单元示意图；
图5为防腐处理后差压变送器液态金属填充部分示意图；
图6为用液态防腐涂料循环的方法制备防腐涂层的流程图；
附图标记：
金属管外壁1、金属管内壁2、防腐涂层3、小活塞4、金属部件5、液态金属6、管道7、大活塞8、六氟化钨9、氢气10、气体混合气11、气相沉积反应室12、废气处理回收13、膜片14、基座15、热源16、毛细管17、热喷涂原料18、蠕动泵19、传输通道20、待处理部件21、涂料盒22、三通阀23、左气路管24、右气路管25、传输通道26、传输通道27。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中所述的金属管道，如无特殊说明均属于本领域可接受的金属材质。
实施例1
参照附图1、2，本实施例提供一种在金属部件表面采用化学气相沉积法形成耐液态金属腐蚀的防腐涂层的方法，以金属管道7为金属部件，对管道7的内壁做涂层处理，图1为金属管道内壁做完防腐涂层后横截面示意图，图2为化学气相沉积镀钨流程图。
具体步骤如下：
(1)将管道7用金属专用清洗剂除油除锈清洗后烘干，备用。
(2)以六氟化钨9为反应源气体，将六氟化钨9加热至沸点以上气化，在气体混合器11中与氢气10充分混合后通入化学气相沉积反应室12，通气量分别为：六氟化钨：2g/min，氢气：1.5L/min。通过加热气相沉积反应室12外壁使得气相沉积反应室12内的管道7被加热至工艺温度600℃，六氟化钨9和氢气10的混合气在气相沉积反应室12内达到工艺温度后发生化学反应，生成钨原子和氟化氢，钨原子会均匀吸附在管道7表面，最终形成钨涂层3，厚度为20μm。反应生成的氟化氢和未反应完全的六氟化钨9与氢气10被排出化学气相沉积反应室12，经(废气处理回收13)处理回收可重复利用。
优选地，本实施例中所述管道为不锈钢材质。
实施例2
参照附图3，本实施例提供一种在金属部件表面采用热喷涂法形成耐液态金属腐蚀的防腐涂层的方法，对金属部件5的外表面做氧化铝涂层处理，图3为用喷涂法制备防腐涂层的流程图；
具体步骤如下：(1)将金属部件用通用清洗剂除油除锈，清洗后烘干，备用。
(2)对部件5表面进行预处理，预处理包括粗化表面，预喷涂一层镍-铝粘结底层，以增强涂层与基底的结合强度(采用本领域常规手段即可)。
(3)以氧化铝粉末为原料(热喷涂原料18)，经过热源16，加热至熔融或半熔融态(按照本领域技术人员的判断即可)，同时在热源16中借助热源流本身的动力或通过外加高速气流使其雾化并高速喷射到经过预处理的金属部件5表面上形成防腐涂层3。
优选地，本实施例中所述金属部件为铝、铜、不锈钢材质之一。
优选地，本实施例中所述热源为等离子体火焰。
优选地，本实施例中所述金属部件形状为板材、棒材或直径大于60mm的管材。
实施例3
参照附图4，本实施例提供一种经过涂层处理的具体应用器件，具体步骤如下：
图4为防腐处理后液压传动单元示意图。在装配前，先对小活塞4、管道7、大活塞8做防腐处理，管道7的表面做一钨涂层，管道7的钨涂层采用实施例1的方法进行。在小活塞4和大活塞8表面做一钨涂层，采用实施例2的热喷涂方法进行。
特别地，六氟化钨腐蚀性强、易水解，在整个气相沉积过程中要求密闭性好，并尽可能除尽水分及空气，必要时需进行抽真空，并通入惰性保护气。
实施例4
参照附图5，本实施例提供一种经过涂层处理的压差变送器器件，具体步骤如下：图5为防腐处理后差压变送器液态金属填充部分示意图。将膜片14、基座15、毛细管17组装完毕后，本实施例中防腐涂层同样为采用实施例1的化学气相沉积法得到钨涂层。优选地，本实施例的通气量为六氟化钨：2g/min，氢气：2L/min，工艺温度600℃，钨涂层厚度为25μm。
其中，钨涂层的厚度可以根据实际需要调整温度、气体流量等工艺参数来变化。
特别地，六氟化钨腐蚀性强、易水解，在整个气相沉积过程中要求密闭性好，并尽可能除尽水分及空气，必要时需进行抽真空，并通入保护气。
实施例5
参照附图6，本实施例中，通过液态防腐涂料循环的方法在液压传动单元制备防腐涂层。图6为用液态防腐涂料循环的方法制备防腐涂层的流程图；
将小活塞4、大活塞8经通用清洗剂清洗后烘干备用。然后将其浸入配置好的防腐涂料中，持续搅拌2min后取出烘干备用。将待处理部件21用通用清洗剂清洗烘干后接入液态涂料循环设备。将配置好的液态涂料加入涂料盒22内，调整三通阀23，保持左气路管24、右气路管25为关闭状态。打开蠕动泵19，使得液态防腐涂料在涂料盒22、传输通道26、传输通道20、待处理部件(管道)21、传输通道27之间顺时针循环，待循环3min后，关闭传输通道26，打开左气路管24，通入压缩空气，排空循环路线中残留的涂料，以防堵塞，保持2min后，关闭左气路管24，打开传输通道26。改变蠕动泵19转向，使得液态防腐涂料在涂料盒22、传输通道27、传输通道20、待处理部件21、传输通道26之间逆时针循环，待循环3min后，关闭传输通道27，打开右气路管25，通入压缩空气，保持2min。根据工艺需要可重复一次或多次。待循环结束后，将待处理部件21取出烘干，和小活塞4、大活塞8一起完成组装。
优选地，本实施例中所述液态涂料为无机纳米涂料。
实施例6
参考附图5、附图6，本实施例中，采用液态涂料循环的方法对差压变送器液态金属填充部分进行防腐涂层处理，涂层处理方法同实施例5。
具体处理过程如下：首先将膜片14、基座15、毛细管17组装完毕后，通入通用清洗剂除油除锈清洗后烘干，然后将其整体作为待处理部件21接入液态涂料循环设备。
优选地，本实施例中所述金属部件为不锈钢材质。
优选地，本实施例中所述毛细管直径为3mm。
优选地，本实施例的防腐涂层厚度为50μm。
对比例1
本对比例中，采用实施例1的化学气相沉积法在不锈钢表面制备了钛涂层，涂层厚度20μm。
对比例2
本对比例中，不锈钢材料未经任何涂层处理。
对比例3
本对比例中，不锈钢材料经过化学镀镍处理，表面形成一层25μm的镍涂层。
试验例
本试验例提供实施例1、2、5、对比例1-3所提供的金属管道的测试数据，将测试样品表面滴加液态金属，判断涂层效果，如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例5 对比例1 对比例2 对比例3
测试温度 600℃ 700℃ 600℃ 500℃ 400℃ 300℃
测试时间 100h 100h 100h 2h 2h 2h
腐蚀情况 无腐蚀 无腐蚀 无腐蚀 腐蚀 腐蚀 腐蚀
涂层情况 完好 完好 完好 增厚 / 脱落
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种在金属部件表面形成防腐涂层的方法，其特征在于，所述防腐涂层包括稀有有色金属层、无机氧化物层、液体涂料层中的一种或几种；所述防腐涂层的形成方法为化学气相沉积、浸涂法、热喷涂法中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀有有色金属层包括钨层、铼层、钼钨合金层中的一种或几种；
优选地，所述稀有有色金属层的形成方法为化学气相沉积法和热喷涂法中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述稀有有色金属层以化学气相沉积法进行涂层处理，所述金属部件表面为直径小于10mm的金属管道的内壁。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述稀有有色金属层为钨层；
采用如下方法形成防腐涂层：以六氟化钨、氢气混合后加热至600-700℃，保持30-40min，所述六氟化钨和氢气的体积用量比为1:(3-5)，气流量：1.5-2L/min，即可；
和/或，所述钨层的厚度为20-25μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述无机氧化物层包括氧化铍层、氧化铝层、氧化锆层、氧化硅层中的一种或几种；
优选地，所述无机氧化物层的形成方法为热喷涂法；
更优选地，所述金属部件表面为直径大于60mm的金属管道的内壁或平面金属材料的表面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述无机氧化物层的厚度为0.05-0.5mm；
优选地，所述无机氧化物层为氧化铝层，采用如下方法形成防腐涂层：①将金属部件表面洗净、粗化，使所述金属部件的表面粗糙度为Ra3.0-3.5μm；②预热金属部件，预热温度为100-150℃；③在金属部件表面先喷涂一层粘接层，粘接层为镍铝粉末、镍铬粉末或镍铬铝粉末中的一种，粘接层厚度为20-100μm；④喷涂氧化铝涂层材料；⑤封孔处理。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述液体涂料层为无机纳米涂料层或有机硅高温涂料层；
优选地，所述液体涂料层的形成方法为浸涂法；
和/或，所述液体涂料是由无机纳米涂料和稀释剂按照质量比(8-10):1比例混合后配置而得；
和/或，所述液体涂料层的厚度为0.02mm-0.5mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述金属部件表面的材质为铝、铜、铸铁、不锈钢、钛、镍、钛镍合金中的一种。
9.一种防腐金属部件，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的方法向所述金属部件的金属表面喷涂所述防腐涂层而得到。
10.根据权利要求9所述的防腐金属部件用于液态金属防腐的应用；
优选地，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌锡合金、镓锌合金中的一种或几种。
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