CN102796983A - 一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用 - Google Patents

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王建强
郑玉贵
王淑兰
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Abstract

本发明提供了一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用，其特征在于：该封孔剂主要由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：4.2；具体的应用工艺为：将上述封孔剂加热至70°C，使用刷涂或浸泡方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，室温静置12小时，然后将封孔的喷涂涂层依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时，即可获得封孔效果良好的热喷涂涂层；该封孔剂为无机类封孔剂，能实现对超音速火焰喷涂类涂层有效封孔深度，具有与涂层兼容性优异，可满足涂层产品高耐蚀和耐磨性能要求的优点，此外，该封孔剂的应用工艺简单、操作方便，封孔周期短。

Description

一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用
技术领域
本发明涉及提高涂层耐蚀性及耐磨性的封孔处理工艺，特别提供了一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用。
背景技术
非晶态合金由于不存在晶体材料的晶界、缺陷、偏析和析出物等缺陷，表现许多晶态金属所不具备的优异力学性能(高强度、高比强度、高弹性极限、高的耐磨性)与优良耐腐蚀性，具有比常规不锈钢更高的耐蚀性和耐冲蚀性。超音速火焰喷涂技术在提高了普通喷涂过程中熔滴的射流速度的同时降低了颗粒的过热程度，可以制备高硬度、孔隙率低、抗磨损性好以及良好结合强度的涂层。而将非晶合金与表面涂层制备技术相结合，即采用现代先进喷涂技术制备表面非晶涂层有利于推动非晶材料的工程化应用。
    铁基非晶合金涂层在保持优异的耐磨耐腐蚀性能的同时，又具有较高的性价比，更适合于作为表面防护涂层材料而得到推广应用。但超音速火焰喷涂涂层中孔隙的存在不可避免，即使优化喷涂工艺，也不可能完全消除孔隙对涂层腐蚀的不利影响。目前铁基非晶涂层多用于腐蚀性极其苛刻的环境，比如含氯离子介质，一些孔隙的存在也会严重降低铁基非晶涂层的使用效果和使用寿命，从而限制超音速火焰喷涂铁基非晶涂层作为耐蚀涂层的应用范围。
    解决超音速火焰喷涂铁基非晶涂层孔隙的主要途径是采用封孔技术，即采用刷涂或浸泡方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，进而实现对超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔处理。用于涂层的封孔剂一般分为两种：有机类封孔剂和无机类封孔剂。典型的有机类封孔剂主要是一些一元或二元不饱和树脂类，比如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等。这些有机树脂类封孔剂只能作用于涂层表面，不能达到有效的封孔深度。一些无机类封孔剂，如硅酸钠水玻璃、钼酸钠等也作为一种涂层常用封孔剂，制作简单、价格低廉。但除了封孔深度受到一定限制外，这些封孔剂在凝固过程中会收缩，导致封孔致密度降低。在外力作用下，这些硬化后的封孔介质极易脆化，致使涂层封孔效果不佳。况且，由于超音速火焰喷涂涂层的致密度比一般喷涂涂层高，常规的封孔剂很难渗透到涂层内部，对于应用于耐蚀耐磨领域的铁基非晶涂层来说，有效致密的封孔深度才能保证其长期安全的服役寿命。
发明内容                                       
本发明的目的在于提供一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用，通过封孔处理可以极大提高铁基非晶涂层的耐蚀及耐磨性，以解决普通封孔剂无法实现超音速火焰喷涂涂层有效封孔深度的技术问题。
本发明提供的一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂，其特征在于：该封孔剂主要由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：(3.5~5)。
其中，所述的Al(OH)3为工业级白色粉末状产品，其中含Al2O3的质量分数不少于64.5%，粉末目数在1250目以上；所述的H3PO4为粘稠的、不挥发的正磷酸盐浓溶液，磷酸含量的质量分数不低于85%。
     本发明还提供了一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层封孔剂的应用，其特征在于：将上述封孔剂加热至70°C，待其反应成清澈溶液，使用刷涂或浸泡方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，室温静置12小时，使其充分渗入涂层孔隙中，然后将封孔的喷涂涂层放入干燥箱中加热，依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时，即可获得封孔效果良好的热喷涂涂层。  
  其中，刷涂或浸泡方法的选择，主要根据热喷涂涂层产品的规格和工艺要求，将涂层浸泡于封孔剂中或将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，使其渗入涂层孔隙中。
本发明中，为加速封孔过程，可将刷涂或浸泡后的涂层产品，静置12小时后，在250℃温度下加热保温4小时，即可获得封孔效果良好的热喷涂产品。
本发明提供的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层封孔剂的应用，其特征在于：涂层在封孔前经除油、除锈、表面活化工艺。
本发明提供的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂及其应用，其优点在于：
（1）该封孔剂为无机类封孔剂，能实现对超音速火焰喷涂类涂层有效封孔深度，与涂层兼容性优异，可满足涂层产品高耐蚀和耐磨性能的要求。
（2）该封孔剂的应用工艺简单、操作方便，封孔周期短。
附图说明
图1为封孔位置与未封孔位置及基底显微硬度对比曲线；
图2为未封孔涂层与封孔后涂层的循环极化对比曲线；
图3为实施例1中封孔后涂层横截面SEM照片；
图4为实施例2中封孔后涂层横截面SEM照片；
图5为实施例3中封孔后涂层横截面SEM照片。
具体实施方式
实施例1
    非晶涂层的封孔剂，该封孔剂由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：3.5；其中，所述的Al(OH)3为工业级白色粉末状产品，其中含Al2O3的质量分数为64.5%，粉末目数为1250目；所述的H3PO4为粘稠的、不挥发的正磷酸盐浓溶液，磷酸含量的质量分数为85%，将上述封孔剂加热至70°C，待其反应成清澈溶液，使用刷涂方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，其基底为304不锈钢基底，室温静置12小时，使其充分渗入涂层孔隙中，然后将封孔的喷涂涂层放入干燥箱中加热，依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时，即获得热喷涂涂层。
性能测试：
材料的耐磨性能与涂层硬度紧密相关。测试结果表明封孔后涂层硬度为950HV左右，比未封孔涂层硬度800HV提高了150HV，具体见图1（a）；硬度提高后，涂层耐磨性能也随之提高。材料的抗点蚀能力可以通过循环极化曲线来表征。循环极化曲线上反向扫描电流密度与钝化膜的稳定性相关，较小的滞回环反映出材料具有较高的抗点蚀能力。与未封孔涂层相比，磷酸铝封孔涂层的循环极化曲线上呈现出较小的滞回环，说明涂层的抗点蚀能力可以通过磷酸铝封孔处理得以提高，具体见图2，其中（a）为未封孔涂层，（b）为用重量比为1：3.5的封孔剂封孔后涂层；对涂层截面进行扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）可以看出，封孔材料渗入涂层表面50μm左右，具体见图3；可见，封孔材料有效的填充了原涂层中的孔隙，降低了涂层的孔隙率。而孔隙率的降低也提高了涂层的耐腐蚀能力。
实施例2
    非晶涂层的封孔剂，该封孔剂由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：4.2；其中，所述的Al(OH)3为工业级白色粉末状产品，其中含Al2O3的质量分数为64.5%，粉末目数为1250目；所述的H3PO4为粘稠的、不挥发的正磷酸盐浓溶液，磷酸含量的质量分数为85%，将上述封孔剂加热至70°C，待其反应成清澈溶液，使用刷涂方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，其基底为304不锈钢基底，室温静置12小时，使其充分渗入涂层孔隙中，然后将封孔的喷涂涂层放入干燥箱中加热，依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时。
性能测试：
测试结果表明封孔后涂层硬度为960HV左右，比未封孔涂层硬度740HV提高了220HV，具体见图1(b)；硬度提高后，涂层耐磨性能也随之提高。与未封孔涂层相比，磷酸铝封孔涂层的循环极化曲线上呈现出较小的滞回环，具体见图2，其中（a）为未封孔涂层，（c）为用重量比为1：4.2的封孔剂封孔后涂层，说明涂层的抗点蚀能力可以通过此配比的封孔剂得以提高；对涂层截面进行扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）可以看出，封孔材料渗入涂层表面60μm左右，具体见图4；可见，此配比的封孔剂可有效的填充了原涂层中的孔隙，降低涂层孔隙率，提高涂层的耐腐蚀能力。
实施例3
    非晶涂层的封孔剂，该封孔剂由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：5；其中，所述的Al(OH)3为工业级白色粉末状产品，其中含Al2O3的质量分数为67%，粉末目数为1250目；所述的H3PO4为粘稠的、不挥发的正磷酸盐浓溶液，磷酸含量的质量分数为90%，将上述封孔剂加热至70°C，待其反应成清澈溶液，使用刷涂方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，其基底为304不锈钢基底，室温静置12小时，使其充分渗入涂层孔隙中，然后将封孔的喷涂涂层放入干燥箱中加热，依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时。
性能测试：
测试结果表明封孔后涂层硬度为950HV左右，比未封孔涂层硬度780HV提高了170HV，具体见图1(c)；硬度提高后，涂层耐磨性能也随之提高。与未封孔涂层相比，磷酸铝封孔涂层的循环极化曲线上呈现出较小的滞回环，具体见图2，其中（a）为未封孔涂层，（d）为用重量比为1：5的封孔剂封孔后涂层，说明涂层的抗点蚀能力可以通过此配比的封孔剂得以提高；对涂层截面进行扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）可以看出，封孔材料渗入涂层表面60μm左右，具体见图5；可见，此配比的封孔剂可有效的填充了原涂层中的孔隙，降低涂层孔隙率，提高涂层的耐腐蚀能力。

Claims (5)

1.一种超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂，其特征在于：该封孔剂主要由Al(OH)3和H3PO4组成，且相应的重量比为1：(3.5~5)。
2.按照权利要求1所述的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂，其特征在于：所述的Al(OH)3为工业级白色粉末状产品，其中含Al2O3的质量分数不少于64.5%，粉末目数在1250目以上。
3.按照权利要求1所述的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层的封孔剂，其特征在于：所述的H3PO4为粘稠的、不挥发的正磷酸盐浓溶液，磷酸含量的质量分数不低于85%。
4.一种按照权利要求1所述的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层封孔剂的应用，其特征在于：将上述封孔剂加热至70°C，使用刷涂或浸泡方法将封孔剂均匀涂覆于涂层表面，室温静置12小时，然后将封孔的喷涂涂层依次在100℃、200℃、250℃温度下各保温2小时，即可获得封孔效果良好的热喷涂涂层。
5.按照权利要求4所述的超音速火焰喷涂铁基非晶涂层封孔剂的应用，其特征在于：涂层在封孔前经除油、除锈、表面活化工艺。
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