CN112522697A - 一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法 - Google Patents

一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：对基体表面进行预处理；将铝粉冷喷涂到基体表面；对冷喷涂层表面进行进行氧化处理。本发明将冷喷涂和原位氧化法相结合，在镁铝合金表面冷喷涂一层铝涂层，再在铝涂层表面氧化成耐腐蚀的氧化铝薄膜，氧化铝薄膜与铝涂层的结合紧密，提高了涂层的耐腐蚀性。

Description

一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及一种冷喷涂技术领域,特别涉及一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法。
背景技术
镁铝合金密度小，比强度和比刚度高，而且具有较好的切削性能，对航空、航天、汽车及电子等领域的轻量化设计有重要意义。但是，镁铝合金耐腐蚀性能和耐磨性能较差，阻碍了其广泛应用。
对镁铝合金进行表面处理是改善其防腐防磨性能的常用手段。表面喷涂是工业应用最广泛的表面防护方法。其中冷喷涂是建立在合理利用空气动力学原理基础上的一种新型喷涂技术。该技术以高压气体如氦气、氮气、氩气或空气为载体，通过缩放喷嘴加速，使喷涂颗粒速度达到300～1200m/s，在固态下高速撞击基体表面，主要依靠大的塑性变形而形成涂层。在镁铝合金表面通过冷喷涂铝基复合材料，在制备冷喷涂铝涂层时，可提高耐腐蚀性，但是纯铝涂层的耐腐蚀性不够好。在铝涂层中引入适量陶瓷颗粒或采取合金化措施制备铝基复合材料涂层，不仅改善铝涂层的耐腐蚀性，还可使涂层具有较高的硬度、强度和耐磨性能。但是由于陶瓷颗粒和铝粉性质之间的差异性，在复合涂层中添加的陶瓷颗粒仍以机械镶嵌方式存在，在腐蚀过程中仍会发生颗粒脱落导致涂层发生点腐的情况，耐腐蚀性不够好。
发明内容
基于此，本发明提供了一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，该方法将冷喷涂技术和原位氧化法相结合，使氧化铝薄膜与冷喷涂层结合紧密，提高了冷喷涂层的耐腐蚀性。
本发明的技术方案为：
一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：
对基体表面进行预处理；
将铝粉冷喷涂到基体表面；
对冷喷涂层表面进行进行氧化处理。
在其中一个实施例中，所述铝粉为球形，粒径为20～30μm的重量百分比为20％～40％，粒径为30～50μm的重量百分比为40％～60％，径为50～70μm的重量百分比为10～30％。
通过不同粒径的铝粉组合，可提高涂层致密性。
在其中一个实施例中，所述铝粉经过表面处理去除了表面的氧化铝薄膜。
由于铝粉再存放过程中，表面会形成一层致密的氧化铝层，这层氧化铝层的屈服应力大于包裹在里面的铝层，在较低的喷涂压力下，沉积效果差。
在其中一个实施例中，所述铝粉表面处理方法包括以下步骤：
将铝粉浸泡在浓度8％～15％，温度为40～60℃的氢氧化钠水溶液中，直至铝粉表面不再产生气泡；
用去离子水清洗；
真空冷风阴干去除表面水汽后对铝粉真空密封保存。
在其中一些实施例中，所述冷喷涂工艺为：采用喷涂气体为压缩氮气或空气，喷涂压力为0.6～1.5Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10～30mm，送粉速度为10～30g/min。
在其中一些实施例中，所述铝冷喷层厚度为20～30μm。
在其中一些实施例中，所述对基材预处理的工艺为：喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.7mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra1.0～3.8μm。
在其中一些实施例中，对冷喷涂层进行氧化工艺为：将喷涂工件置于反应器中，升温至120～140℃，以10～20ml/min流速通入氧气，保温10min。
在其中一些实施例中，所述氧气纯度大于99.7％。
本发明的另一个目的是提供上述任一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法制备的耐腐蚀性涂层。
本发明的有益效果：
(1)本发明将冷喷涂和原位氧化法相结合，在镁铝合金表面冷喷涂一层铝涂层，再在铝涂层表面氧化成耐腐蚀的氧化铝薄膜，氧化铝薄膜与铝涂层的结合紧密，提高了涂层的耐腐蚀性。
(2)工艺过程能耗低，原料易得，操作方便。
具体实施方式
原料来源：
基材为AZ31B镁铝合金，厚度为2cm。铝粉纯度为99.95％。
氧气纯度大于99.7％。
该涂层方法工艺简单，能耗低。到孔隙率低，耐腐蚀性好的冷喷涂层。
实施例和对比例中未特别说明的原料采用市售商品。
实施例和对比例中未进行详细说明的步骤采用本技术领域的常规工艺进行。
实施例1
本实施例提供了一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：
S1，对不同级配的铝粉进行混合；称取重量百分比为20％的粒径为20～30μm的铝粉，重量百分比为50％粒径为30～50μm的铝粉，重量百分比为30％的粒径为50～70μm铝粉加入到球磨机中，球磨机转速为250～300r/min，球磨时间为4h。
S2，对经步骤S1混合后的铝粉进行表面处理；包括以下步骤：
(1)取步骤S1中混合均匀的铝粉，加入到质量百分比浓度为8％，温度为60℃的氢氧化钠水溶液中，搅拌，直至铝粉表面不再有气泡产生后过滤，收集铝粉滤饼；
(2)用去离子水清洗冲洗铝粉滤饼三次；
(3)真空冷风阴干去除铝粉表面水汽，然后对铝粉真空密封保存。
S3，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S4，冷喷涂；将经表面处理后的铝粉冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为1.5Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10mm，送粉速度为10g/min。
S5，氧化处理；将经步骤S2喷涂后的工件置于待温控装置的反应器中，升温至120℃，以20ml/min流速通入氧气，保温10min。
实施例2
本实施例提供了一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：
S1，对不同级配的铝粉进行混合；称取重量百分比为30％的粒径为20～30μm的铝粉，重量百分比为60％粒径为30～50μm的铝粉，重量百分比为10％的粒径为50～70μm铝粉加入到球磨机中，球磨机转速为250～300r/min，球磨时间为4h。
S2，对经步骤S1混合后的铝粉进行表面处理；包括以下步骤：
(1)取步骤S1中混合均匀的铝粉，加入到质量百分比浓度为10％，温度为50℃的氢氧化钠水溶液中，搅拌，直至铝粉表面不再有气泡产生后过滤，收集铝粉滤饼；
(2)用去离子水清洗冲洗铝粉滤饼三次；
(3)真空冷风阴干去除铝粉表面水汽，然后对铝粉真空密封保存。
S3，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S4，冷喷涂；将经表面处理后的铝粉冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为1.0Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为30mm，送粉速度为30g/min。
S5，氧化处理；将经步骤S2喷涂后的工件置于待温控装置的反应器中，升温至130℃，以15ml/min流速通入氧气，保温10min。
实施例3
本实施例提供了一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：
S1，对不同级配的铝粉进行混合；称取重量百分比为40％的粒径为20～30μm的铝粉，重量百分比为40％粒径为30～50μm的铝粉，重量百分比为20％的粒径为50～70μm铝粉加入到球磨机中，球磨机转速为250～300r/min，球磨时间为4h。
S2，对经步骤S1混合后的铝粉进行表面处理；包括以下步骤：
(1)取步骤S1中混合均匀的铝粉，加入到质量百分比浓度为15％，温度为40℃的氢氧化钠水溶液中，搅拌，直至铝粉表面不再有气泡产生后过滤，收集铝粉滤饼；
(2)用去离子水清洗冲洗铝粉滤饼三次；
(3)真空冷风阴干去除铝粉表面水汽，然后对铝粉真空密封保存。
S3，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S4，冷喷涂；将经表面处理后的铝粉冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为0.6Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为20mm，送粉速度为20g/min。
S5，氧化处理；将经步骤S2喷涂后的工件置于待温控装置的反应器中，升温至140℃，以10ml/min流速通入氧气，保温10min。
实施例4
本实施例提供了一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，包括以下步骤：
S1，称取粒径为30～50μm的铝粉进行表面处理；包括以下步骤：
(1)取步骤S1中混合均匀的铝粉，加入到质量百分比浓度为8％，温度为60℃的氢氧化钠水溶液中，搅拌，直至铝粉表面不再有气泡产生后过滤，收集铝粉滤饼；
(2)用去离子水清洗冲洗铝粉滤饼三次；
(3)真空冷风阴干去除铝粉表面水汽，然后对铝粉真空密封保存。
S2，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S3，冷喷涂；将经表面处理后的铝粉冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为1.5Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10mm，送粉速度为10g/min。
S4，氧化处理；将经步骤S2喷涂后的工件置于待温控装置的反应器中，升温至120℃，以20ml/min流速通入氧气，保温10min。
实施例5
本实施例提供了一种冷喷涂层的方法，包括以下步骤：
S1，对不同级配的铝粉进行混合；称取重量百分比为20％的粒径为20～30μm的铝粉，重量百分比为50％粒径为30～50μm的铝粉，重量百分比为30％的粒径为50～70μm铝粉加入到球磨机中，球磨机转速为250～300r/min，球磨时间为4h。
S2，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S3，冷喷涂；将经表面处理后的铝粉冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为1.5Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10mm，送粉速度为10g/min。
S4，氧化处理；将经步骤S2喷涂后的工件置于待温控装置的反应器中，升温至120℃，以20ml/min流速通入氧气，保温10min。
对比例1
本对比例提供了一种铝粉与三氧化二铝复合冷喷涂涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1，称取粒径为重量百分比为70％的30～50μm的铝粉，重量百分比为30％的粒径为40～50μm三氧化二铝粉末加入到球磨机转速为250～300r/min，球磨时间为4h，得到喷涂粉末。
S2，对基体表面进行预处理；喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.5mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra2.0～3.8μm。
S3，冷喷涂；将步骤S1制备的喷涂粉末冷喷涂到经步骤S3预处理的基体表面，喷涂工艺参数为：采用气体为压缩空气，喷涂压力为2Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10mm，送粉速度为10g/min。
将实施例1～5和对比例1的涂层进行电化学性能实验、摩擦磨损实验和结合强度实验，测试它们的耐腐蚀性能和力学性能。
实验例1电化学性能实验
对各涂层进行动电位极化测试，试验周期30d，扫描范围为-250mV～1000mV(vs.OCP)，扫描速率为0.3333mV/s，之后采用C-View软件对所测极化曲线进行拟合，得到各样品的实验结果参数。
实验例2摩擦磨损实验
对各涂层采用线接触往复滑动方式进行摩擦磨损实验，加载力1N，相对运动速度3mm/s，往返行程为10mm，磨损10000次；得到各实施例的相关实验结果参数。
实验例3结合强度实验
复合涂层与基体表面的结合强度测试方法：在直径为25mm的标准圆片形AZ31B镁铝合金基体表面制备本例所述复合涂层，在复合涂层和基体外表面粘结圆棒，采用拉力试验机将复合涂层和基体拉开，测试出结合强度。检测结果见表1。
表1检测结果
Figure BDA0002810762720000081
从表1中可以看出，和对比例1相比，实施例1至实施例5的涂层具有绝对值更小的自腐蚀电位，耐腐蚀性更好。自腐蚀电流密度更小，腐蚀速度更低。平均摩擦参数更小，平均磨损量更小。结合强度更高。
实施例4和实施例1比，仅铝粉级配不同，说明不同粒径的铝粉相匹配有更佳的耐腐蚀性能。
实施例5和实施例1相比，仅铝粉的表面处理步骤不同，实施例5未经表面处理，耐腐蚀性和力学性能均比实施例1差，是由于铝粉表面的氧化层屈服应力更大，在喷涂过程中不易产生塑性变形，影响铝粉沉积在基材或涂层上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对基体表面进行预处理；
将铝粉冷喷涂到基体表面；
对冷喷涂层表面进行进行氧化处理。
2.根据权利要求1所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，所述铝粉为球形，粒径为20～30μm的重量百分比为20％～40％，粒径为30～50μm的重量百分比为40％～60％，径为50～70μm的重量百分比为10～30％。
3.根据权利要求1所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述铝粉经过表面处理去除了表面的氧化铝薄膜。
4.根据权利要求3所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述铝粉表面处理方法包括以下步骤：
将铝粉浸泡在浓度8％～15％，温度为40～60℃的氢氧化钠水溶液中，直至铝粉表面不再产生气泡；
用去离子水清洗；
真空冷风阴干去除表面水汽后对铝粉真空密封保存。
5.根据权利要求1～4任一项所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述冷喷涂工艺为：采用喷涂气体为压缩氮气或空气，喷涂压力为0.6～1.5Mpa，喷嘴前端距基材表面距离为10～30mm，送粉速度为10～30g/min。
6.根据权利要求1～4任一项所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述冷喷铝粉层厚度为20～30μm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述对基材预处理的工艺为：喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干，再采用直径为0.4～0.7mm刚玉砂，在压缩空气压力为0.4MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理，使粗糙度达到Ra1.0～3.8μm。
8.根据权利要求1～4任一项所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，对冷喷涂层进行氧化工艺为：将喷涂工件置于反应器中，升温至120～140℃，以10～20ml/min流速通入氧气，保温10min。
9.根据权利要求8所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法，其特征在于，所述氧气纯度大于99.7％。
10.一种由权利要求1～9任一项所述的提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法制备的耐腐蚀冷喷涂涂层。
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