一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用的製作方法

2023-09-10 18:19:55

專利名稱：一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及提高塗層耐蝕性及耐磨性的封孔處理工藝，特別提供了一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用。
背景技術：
非晶態合金由於不存在晶體材料的晶界、缺陷、偏析和析出物等缺陷，表現許多晶態金屬所不具備的優異力學性能(高強度、高比強度、高彈性極限、高的耐磨性)與優良耐腐蝕性，具有比常規不鏽鋼更高的耐蝕性和耐衝蝕性。超音速火焰噴塗技術在提高了普通噴塗過程中熔滴的射流速度的同時降低了顆粒的過熱程度，可以製備高硬度、孔隙率低、抗磨損性好以及良好結合強度的塗層。而將非晶合金與表面塗層製備技術相結合，即採用現代先進噴塗技術製備表面非晶塗層有利於推動非晶材料的工程化應用。鐵基非晶合金塗層在保持優異的耐磨耐腐蝕性能的同時，又具有較高的性價t匕，更適合於作為表面防護塗層材料而得到推廣應用。但超音速火焰噴塗塗層中孔隙的存在不可避免，即使優化噴塗工藝，也不可能完全消除孔隙對塗層腐蝕的不利影響。目前鐵基非晶塗層多用於腐蝕性極其苛刻的環境，比如含氯離子介質，一些孔隙的存在也會嚴重降低鐵基非晶塗層的使用效果和使用壽命，從而限制超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層作為耐蝕塗層的應用範圍。解決超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層孔隙的主要途徑是採用封孔技術，即採用刷塗或浸泡方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，進而實現對超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔處理。用於塗層的封孔劑一般分為兩種有機類封孔劑和無機類封孔劑。典型的有機類封孔劑主要是一些一元或二元不飽和樹脂類，比如環氧樹脂、酚醛樹脂、有機矽樹脂等。這些有機樹脂類封孔劑只能作用於塗層表面，不能達到有效的封孔深度。一些無機類封孔齊U，如矽酸鈉水玻璃、鑰酸鈉等也作為一種塗層常用封孔劑，製作簡單、價格低廉。但除了封孔深度受到一定限制外，這些封孔劑在凝固過程中會收縮，導致封孔緻密度降低。在外力作用下，這些硬化後的封孔介質極易脆化，致使塗層封孔效果不佳。況且，由於超音速火焰噴塗塗層的緻密度比一般噴塗塗層高，常規的封孔劑很難滲透到塗層內部，對於應用於耐蝕耐磨領域的鐵基非晶塗層來說，有效緻密的封孔深度才能保證其長期安全的服役壽命。

發明內容
本發明的目的在於提供一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用，通過封孔處理可以極大提高鐵基非晶塗層的耐蝕及耐磨性，以解決普通封孔劑無法實現超音速火焰噴塗塗層有效封孔深度的技術問題。本發明提供的一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑，其特徵在於該封孔劑主要由Al (OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I : (3. 5^5)。其中，所述的Al (OH)3為工業級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數不少於64. 5%，粉末目數在1250目以上；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數不低於85%。
本發明還提供了一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層封孔劑的應用，其特徵在於將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷塗或浸泡方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，室溫靜置12小時，使其充分滲入塗層孔隙中，然後將封孔的噴塗塗層放入乾燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴塗塗層。
其中，刷塗或浸泡方法的選擇，主要根據熱噴塗塗層產品的規格和工藝要求，將塗層浸泡於封孔劑中或將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，使其滲入塗層孔隙中。本發明中，為加速封孔過程，可將刷塗或浸泡後的塗層產品，靜置12小時後，在250°C溫度下加熱保溫4小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴塗產品。本發明提供的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層封孔劑的應用，其特徵在於塗層在封孔前經除油、除鏽、表面活化工藝。本發明提供的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用，其優點在於
(I)該封孔劑為無機類封孔劑，能實現對超音速火焰噴塗類塗層有效封孔深度，與塗層兼容性優異，可滿足塗層產品高耐蝕和耐磨性能的要求。(2)該封孔劑的應用工藝簡單、操作方便，封孔周期短。


圖I為封孔位置與未封孔位置及基底顯微硬度對比曲線；
圖2為未封孔塗層與封孔後塗層的循環極化對比曲線；
圖3為實施例I中封孔後塗層橫截面SEM照片；
圖4為實施例2中封孔後塗層橫截面SEM照片；
圖5為實施例3中封孔後塗層橫截面SEM照片。
具體實施例方式實施例I
非晶塗層的封孔劑，該封孔劑由Al (011)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I :3.5 ;其中，所述的Al (OH)3為工業級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數為64. 5%，粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為85%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷塗方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，其基底為304不鏽鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入塗層孔隙中，然後將封孔的噴塗塗層放入乾燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時，即獲得熱噴塗塗層。性能測試
材料的耐磨性能與塗層硬度緊密相關。測試結果表明封孔後塗層硬度為950HV左右，比未封孔塗層硬度800HV提高了 150HV，具體見圖I (a);硬度提高後，塗層耐磨性能也隨之提高。材料的抗點蝕能力可以通過循環極化曲線來表徵。循環極化曲線上反向掃描電流密度與鈍化膜的穩定性相關，較小的滯迴環反映出材料具有較高的抗點蝕能力。與未封孔塗層相比，磷酸鋁封孔塗層的循環極化曲線上呈現出較小的滯迴環，說明塗層的抗點蝕能力可以通過磷酸鋁封孔處理得以提高，具體見圖2，其中(a)為未封孔塗層，(b)為用重量比為I :3. 5的封孔劑封孔後塗層；對塗層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入塗層表面50Mm左右，具體見圖3 ;可見，封孔材料有效的填充了原塗層中的孔隙，降低了塗層的孔隙率。而孔隙率的降低也提高了塗層的耐腐蝕能力。實施例2
非晶塗層的封孔劑，該封孔劑由Al (011)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I :4.2 ;其中，所述的Al (OH)3為工業級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數為64. 5%，粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為85%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷塗方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，其基底為304不鏽鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入塗層孔隙中，然後將封孔的噴塗塗層放入乾燥箱中加熱，依次在100°C、200°C、25(rC溫度下各保溫2小時。性能測試
測試結果表明封孔後塗層硬度為960HV左右，比未封孔塗層硬度740HV提高了 220HV， 具體見圖1(b);硬度提高後，塗層耐磨性能也隨之提高。與未封孔塗層相比，磷酸鋁封孔塗層的循環極化曲線上呈現出較小的滯迴環，具體見圖2，其中(a)為未封孔塗層，(c)為用重量比為I :4. 2的封孔劑封孔後塗層，說明塗層的抗點蝕能力可以通過此配比的封孔劑得以提高；對塗層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入塗層表面60Mffl左右，具體見圖4;可見，此配比的封孔劑可有效的填充了原塗層中的孔隙，降低塗層孔隙率，提高塗層的耐腐蝕能力。實施例3
非晶塗層的封孔劑，該封孔劑由Al (OH)JP H3PO4組成，且相應的重量比為I :5 ;其中，所述的Al (OH)3為工業級白色粉末狀產品,其中含Al2O3的質量分數為67%,粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為90%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷塗方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，其基底為304不鏽鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入塗層孔隙中，然後將封孔的噴塗塗層放入乾燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時。性能測試
測試結果表明封孔後塗層硬度為950HV左右，比未封孔塗層硬度780HV提高了 170HV，具體見圖1(c);硬度提高後，塗層耐磨性能也隨之提高。與未封孔塗層相比，磷酸鋁封孔塗層的循環極化曲線上呈現出較小的滯迴環，具體見圖2，其中(a)為未封孔塗層，(d)為用重量比為I :5的封孔劑封孔後塗層，說明塗層的抗點蝕能力可以通過此配比的封孔劑得以提高；對塗層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入塗層表面60Mffl左右，具體見圖5 ;可見，此配比的封孔劑可有效的填充了原塗層中的孔隙，降低塗層孔隙率，提高塗層的耐腐蝕能力。
權利要求
1.一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑，其特徵在於該封孔劑主要由Al (OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I : (3. 5^5)。
2.按照權利要求I所述的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑，其特徵在於所述的Al (OH) 3為工業級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數不少於64. 5%，粉末目數在1250目以上。
3.按照權利要求I所述的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑，其特徵在於所述的H3PO4為粘稠的、不揮發的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數不低於85%。
4.一種按照權利要求I所述的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層封孔劑的應用，其特徵在於將上述封孔劑加熱至70° C，使用刷塗或浸泡方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，室溫靜置12小時，然後將封孔的噴塗塗層依次在100°C、200°C、25(rC溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴塗塗層。
5.按照權利要求4所述的超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層封孔劑的應用，其特徵在於塗層在封孔前經除油、除鏽、表面活化工藝。
全文摘要
本發明提供了一種超音速火焰噴塗鐵基非晶塗層的封孔劑及其應用，其特徵在於該封孔劑主要由Al(OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為14.2；具體的應用工藝為將上述封孔劑加熱至70°C，使用刷塗或浸泡方法將封孔劑均勻塗覆於塗層表面，室溫靜置12小時，然後將封孔的噴塗塗層依次在100℃、200℃、250℃溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴塗塗層；該封孔劑為無機類封孔劑，能實現對超音速火焰噴塗類塗層有效封孔深度，具有與塗層兼容性優異，可滿足塗層產品高耐蝕和耐磨性能要求的優點，此外，該封孔劑的應用工藝簡單、操作方便，封孔周期短。
文檔編號C23C4/18GK102796983SQ20111013770
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者孫文海, 王勇, 王建強, 鄭玉貴, 王淑蘭, 常新春, 侯萬良 申請人:中國科學院金屬研究所