CN102732876A

CN102732876A - 一种铝基复合结构耐蚀防滑涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN102732876A
Application number: CN2012101998995A
Authority: CN
Inventors: 邢路阔; 李相波; 黄国胜; 许立坤
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明涉及一种能够在破损后进行快速修复的铝基复合结构耐蚀防滑涂层及其制备方法，属于表面处理和海洋防腐技术领域，涂层由锌铝耐蚀底层和铝/陶瓷防滑顶层复合结构组成，先对基体进行喷砂处理，使表面无附着杂物并具有粗糙度，再对基体进行锌铝粉末喷涂形成锌铝耐蚀底层；锌铝耐蚀底层结合强度>15Mpa，厚度为150~250μm；再在基体的锌铝耐蚀底层上复合结构进行铝/陶瓷粉末喷涂，形成铝基复合结构耐蚀防滑涂层，涂层结合强度>15Mpa，厚度大于200μm，与氯丁橡胶的摩擦系数大于0.85；其制备工艺简单，涂层质量好，喷涂操作灵便，涂层防腐防滑性能好，使用寿命长，易于快速修复。

Description

一种铝基复合结构耐蚀防滑涂层及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种能够在破损后进行快速修复的铝基复合结构耐蚀防滑涂层及其制备方法，该涂层适用于海洋环境中船舶甲板、海洋平台等金属构架平台上人员与设备活动部位的防滑和防腐，属于表面处理和海洋防腐技术领域。

背景技术：

防滑涂层在船舶甲板、海洋平台等钢铁构架平台上的应用能够有效的增加活动人员与设备的安全性。随着人类海洋活动的增加和安全意识的提高，对人员和机械活动的场所提出了较高的防滑要求。在海洋环境下，防滑涂层面临着极其苛刻的条件，除要提高摩擦力的基本性能之外，还需要具有良好的耐腐蚀性能、抗紫外线性能和耐海洋气候性。目前我国多采用在有机涂料中加入防滑粒料构成的复合涂层体系作为防滑涂层，存在摩擦系数不稳定、耐磨性能差、结合力较差、施工和高温时释放有毒气体、使用寿命短等缺点。

目前，金属基防滑涂层是解决以上难题的有效方法之一，采用具有牺牲阳极作用的金属作为防滑涂层基体能够同时起到防滑和防腐的作用，现有技术主要采用传统热喷涂手段如火焰喷涂、电弧喷涂来制备金属基防滑涂层，其涂层材料主要为铝合金，如中国专利200510013850.6公开了一种制备防腐防滑涂层用的粉芯丝材，其热喷涂过程中金属材料发生氧化、相变等现象，涂层质量稳定性差；涂层多存在贯穿孔隙，腐蚀介质能够贯穿涂层接触基体，形成电偶腐蚀，加速涂层的腐蚀，需要进行封孔处理提高其耐蚀性能；此外，现有的热喷涂的沉积面积大，施工要求高，在涂层遭受破坏后，不易进行定点修复。冷喷涂是一种通过固态粒子高速碰撞基体，发生塑性变形沉积涂层的过程，其制备的金属和金属陶瓷涂层具备孔隙率低、金属成分基本无氧化等特点；冷喷涂的沉积原理决定了涂层的制备过程只需要较低功率的电加热和压缩空气条件即可进行，而目前工业化的便携式冷喷涂设备安全性能高，操作简单，只需简单的培训即可熟练操作，使得在船舶甲板、海洋平台等空间、人力均有限的位置，金属涂层的现场快速修复具备了技术条件。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计和制备一种在海洋环境下具有耐蚀和防滑效力的金属基防滑涂层，采用冷喷涂法制备双层结构且破损后能快速修复的铝基复合结构耐蚀防滑涂层，其耐海洋环境腐蚀性和防滑性优良，且快速修复后涂层的防滑和耐蚀性能如初。

为了实现上述目的，本发明所述的铝基复合结构耐蚀防滑涂层由锌铝耐蚀底层和铝/陶瓷防滑顶层复合结构组成，锌铝耐蚀底层采用含锌重量百分比小于20%和粒度小于100μm的锌铝粉末；铝/陶瓷防滑顶层采用粒度小于50μm的纯铝粉和粒度小于100μm的熔炼破碎Al₂O₃或SiC陶瓷粉末搅拌混合均匀的铝/陶瓷粉末，其中陶瓷粉末的体积比为20%~70%。

本发明方法包括锌铝耐蚀底层制备、铝/陶瓷防滑顶层制备和涂层快速修复三个工艺步骤：

锌铝耐蚀底层制备：先对基体进行喷砂处理，使表面无附着杂物并具有粗糙度，再使用常规的冷喷涂设备对基体表面进行锌铝粉末喷涂形成锌铝耐蚀底层；冷喷涂气压为0.5Mpa~1.2Mpa，气体预热温度为200℃~500℃，喷涂距离为10~25mm，喷涂角度为70°~90°，锌铝耐蚀底层的颜色为银灰色，孔隙率<2%，锌铝耐蚀底层结合强度>15Mpa，底层厚度为150~250μm；

铝/陶瓷防滑顶层制备：使用常规的冷喷涂设备在基体表面上的锌铝耐蚀底层上复合结构进行铝/陶瓷粉末喷涂，形成铝基复合结构耐蚀防滑涂层，其冷喷涂气压为0.5~1.2Mpa，气体预热温度为300~600℃，喷涂距离为10~25mm，喷涂角度为70°~90°，喷涂的涂层为银灰色，孔隙率<5%，涂层结合强度>15Mpa，涂层厚度大于200μm，铝/陶瓷防滑顶层与氯丁橡胶的摩擦系数大于0.85；

涂层快速修复：使用常规的便携式冷喷涂设备，采用含陶瓷相体积比为40%~70%的铝/陶瓷混合粉末，直接在涂层破损区域进行喷涂修复；其喷涂气体压力为0.7~1.2Mpa，气体预热温度为300~600℃，修复喷涂的涂层与氯丁橡胶的摩擦系数大于0.85。

本发明实现快速修复后的防滑涂层摩擦系数能够达到原始涂层水平，耐蚀性相对较差，可在船舶或平台大整修期间重新制备耐蚀防滑涂层；所述的基体包括船舶基体、海上工作平台和海洋中的金属设施。

本发明与现有技术相比，其制备工艺简单，涂层质量可靠，喷涂操作灵便，涂层防腐防滑性能好，使用寿命长，易于快速修复。

附图说明：

图1为本发明涂层的结构原理示意图，包括基体1、锌铝耐蚀底层2、铝/陶瓷防滑顶层3和陶瓷颗粒4。

图2为本发明实施例的摩擦系数曲线图。

图3为本发明另一个实施例的摩擦系数曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步描述。

实施例1：

本实施例选择锌铝耐蚀底层2的粉末为含锌重量百分比为10%，粒度分布0~50μm的锌铝粉末；先对船舶基体采用棕刚玉喷砂处理，再控制冷喷涂条件，使用常规的冷喷涂设备进行喷涂，冷喷涂气压为1.0Mpa，预热温度为400℃，喷涂距离为20mm，喷涂角度为90，喷涂制成均匀层厚的锌铝耐蚀底层2；再选择铝/陶瓷防滑顶层3的粉末为铝粉0~40μm，氧化铝粉0~30μm，氧化铝体积比为40%的铝/陶瓷粉末，采用常规冷喷涂设备，控制喷涂条件，其冷喷涂气压为0.6Mpa，预热温度为400℃，喷涂距离为25mm，喷涂角度为90，进行冷喷涂形成复合结构的铝/陶瓷防滑顶层3，其厚度均匀；然后对制备好的耐蚀防滑涂层进行结合强度、摩擦系数和中性盐雾腐蚀测试；按照标准GB/T 8642-2002对三个平行试样进行结合强度测试，其结果如下表：

	最大载荷	抗拉结合强度
				N	MPa
第1根	8874.95	18.08
			第2根	8516.28	17.35
第3根	8119.14	16.54

对制备好的耐蚀防滑涂层与氯丁橡胶板进行干态和湿态下的摩擦系数测试，其稳定后的平均摩擦系数干态为0.9821，湿态为0.9453；根据GB2423.17-2008标准进行了中性盐雾试验，试验2000小时后试样表面仅存在微量的白锈，没有出现红锈。

实施例2：

本实施例先对实施例1中的复合结构耐蚀防滑涂层进行破坏，再对耐蚀防滑涂层进行喷涂修复，采用的材料与参数如下：

涂层粉末为铝粉小于40μm和氧化铝粉直径小于μm的混合粉末，其中氧化铝的体积比为60%；采用常规的便携式冷喷涂设备，其冷喷涂压力为0.8MPa，预热温度为400℃，喷涂距离为20mm，喷涂角度为70~90度；对喷涂修复制备好的涂层与氯丁橡胶板进行干态和湿态下的摩擦系数测试，其稳定后的平均摩擦系数干态为0.9316，湿态为0.9115。

本实施例所述的熔炼破碎是将待混合的原料经加热熔化为合金，再经过机械方法磨碎成粉末状合金原料。

Claims

1.一种铝基复合结构耐蚀防滑涂层，其特征在于由锌铝耐蚀底层和铝/陶瓷防滑顶层复合结构组成，锌铝耐蚀底层采用含锌重量百分比小于20%和粒度小于100μm的锌铝粉末；铝/陶瓷防滑顶层采用粒度小于50μm的纯铝粉和粒度小于100μm的熔炼破碎的Al2O3或SiC陶瓷粉末搅拌混合均匀的铝/陶瓷粉末，其中陶瓷粉末的体积比为20%~70%。

2.根据权利要求1所述的铝基复合结构耐蚀防滑涂层的制备方法，其特征在于包括锌铝耐蚀底层制备、铝/陶瓷防滑顶层制备和涂层快速修复三个工艺步骤：

涂层快速修复：使用常规的冷喷涂设备，采用含陶瓷相体积比为40%~70%的铝/陶瓷粉末，直接在涂层破损区域进行喷涂修复；其喷涂气体压力为0.7~1.2Mpa，气体预热温度为300~600℃，修复喷涂的涂层与氯丁橡胶的摩擦系数大于0.85。