CN103320739A

CN103320739A - 一种海洋环境防腐镍基涂层的制备方法

Info

Publication number: CN103320739A
Application number: CN2013102083767A
Authority: CN
Inventors: 邢路阔; 黄国胜; 李相波; 许立坤
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明属于海洋腐蚀防护材料制备技术领域，涉及一种海洋环境防腐镍基涂层的制备方法，在镍基合金或镍基金属陶瓷基体中添加金属锌或锌合金耐蚀增强相，在有腐蚀介质的工作环境中，利用镍对锌致密腐蚀产物的稳定作用，封闭贯穿孔隙，提高镍基合金涂层的腐蚀防护性能；或在基体上制备镍基涂层的耐蚀底层和工作面层；其制备过程简单，原理可靠，制备的镍基涂层防腐性好，环境友好，适用于海洋大气和海水浸泡等高腐蚀环境下作为耐磨耐蚀涂层。

Description

一种海洋环境防腐镍基涂层的制备方法

技术领域：

本发明属于海洋腐蚀防护材料制备技术领域，涉及一种具有良好的海洋环境腐蚀防护性能的镍基复合结构涂层的制备工艺，特别是一种海洋环境防腐镍基涂层的制备方法，制备的镍基涂层适用于海洋大气和海水浸泡高腐蚀环境下作为耐磨耐蚀涂层，提高应用于钢铁基体表面的热喷涂镍基涂层的腐蚀防护性能。

背景技术：

热喷涂镍基合金涂层如火焰喷涂、超音速喷涂、等离子喷涂制备的镍铬、镍铬碳化铬等镍基涂层作为性能良好的耐磨涂层，被广泛的应用于现代工业体系中，极大的提高了易磨损工件如轴承、排烟管道等的工作寿命，然而，由于热喷涂工艺固有的孔隙率问题，在海洋腐蚀环境下，腐蚀介质极易通过涂层内部的贯穿孔隙渗透到基体，以钢铁为主的基体同镍基合金在腐蚀介质中发生电偶腐蚀，导致界面处的基体金属快速腐蚀，造成涂层结合强度下降进而失效，限制了热喷涂镍基合金涂层在海洋环境下的应用。目前针对镍基合金涂层在海洋环境下腐蚀问题最常用的方法是对涂层进行封孔处理，一般采用有机树脂，最近有研究者开发出溶胶凝胶氧化铝-氧化硅封孔。但是，无论哪种封孔处理方法，都需要进行后热处理，制备工艺繁琐，并且难以实现现场施工。锌镍合金具有良好的腐蚀防护性能，由于锌和镍的熔点差距极大，目前对于锌镍合金的应用多通过电镀、喷涂方式来实现，并已有数个相关专利和多篇文献，目前所有相关专利与文献所论述的锌镍涂层均以锌为主要成分，添加入一定量的镍，其主要原理为金属镍对于锌的腐蚀产物进行稳定，起到提高锌腐蚀防护性能的目的，如中国专利“一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法（林志峰，CN201110362502）”公开了一种通过复合电镀的方法制备防腐锌镍涂层的工艺；中国专利“一种防腐锌镍合金涂层的制备方法（李相波，CN201210199237）”公开了通过粉末团聚热喷涂的方法制备含镍量最高30%的锌镍防腐涂层，但这些现有技术在使用时都存在一定的局限性，其制备过程也存在不节省能源及环境友好性不足的缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种在海洋环境下具有良好腐蚀防护性能的镍基合金与金属陶瓷涂层，掺杂少量金属锌或其合金，利用镍对于锌腐蚀产物的稳定作用，使锌或锌合金的腐蚀产物起到封闭贯穿孔隙效果，兼顾涂层腐蚀防护性能与物理结构性能的镍基复合涂层结构。

为了实现上述目的，本发明在镍基合金或镍基金属陶瓷基体中添加金属锌或锌合金耐蚀增强相，在有腐蚀介质的工作环境中，利用镍对锌致密腐蚀产物的稳定作用，封闭贯穿孔隙，提高镍基合金涂层的腐蚀防护性能；涂层粉末为锌/锌合金与镍基合金/镍基金属陶瓷粉末组成的复合粉末，锌或锌合金与镍基合金或镍基金属陶瓷粉末通过机械混合、粉末团聚、球磨复合和机械合金化工艺进行物理复合制成复合粉末，复合粉末中锌或锌合金所占的质量百分比为10%-30%；或采用锌合金时锌的质量百分比含量大于80%；镍基涂层根据复合粉末类型通过常规的或超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂或冷喷涂的方法制备，并根据腐蚀防护程度的要求调整涂层的厚度不小于150μm；或在基体上制备镍基涂层的耐蚀底层和工作面层，耐蚀底层与的材料、制备方法与前述的镍基涂层的制备方法相同，工作面层根据实际工况需求，采用不会重熔或破坏耐蚀底层的工艺进行涂覆制备。

本发明与现有技术相比，其制备过程简单，原理可靠，制备的镍基涂层防腐性好，环境友好，适用于海洋大气和海水浸泡等高腐蚀环境下作为耐磨耐蚀涂层。

附图说明：

图1为本发明涉及的一种结构的镍基涂层的结构原理示意图，其中包括锌或锌合金1和镍基涂层2。

图2为本发明涉及的另一种结构的镍基涂层的结构原理示意图，其中包括镍基涂层3、锌或锌合金4、镍基涂层5、工作面层6和耐蚀底层7。

图3为本发明实施例1涉及的喷涂态涂层照片（a）和在天然海水和室温条件下浸泡30天后的涂层照片（b）。

图4为本发明实施例1涉及的涂层断面组织结构的扫描电镜照片和能谱面扫描照片。

图5为本发明实施例2制备的涂层在中性盐雾试验前（a）后（b）的照片。

图6为本发明实施例2制备的涂层的断面组织结构电镜扫描照片。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

本实施例先将金属基体采用棕刚玉进行喷砂处理，再将锌粉、镍粉和氧化铝粉按照锌粉：镍粉：氧化铝粉=1:4:5的质量比混合均匀得到涂层粉末，其中，锌粉采用粒度为30μm的球型锌粉镍粉采用粒度为15μm-45μm的电解镍粉，氧化铝粉采用粒度为50μm的氧化铝粉末；然后将涂层粉末采用冷喷涂工艺喷涂在金属基体上得到复合镍基涂层，冷喷涂的喷涂气压为0.7MPa，预热温度为415℃，喷涂距离为20mm；所涉及的镍基涂层由镍基合金与金属陶瓷基体和金属锌或锌合金耐蚀增强相组成，涂层粉末为锌/锌合金与镍基合金/镍基金属陶瓷粉末组成的复合粉末，锌或锌合金与镍基合金或镍基金属陶瓷粉末通过机械混合、粉末团聚、球磨复合和机械合金化工艺进行物理复合制成复合粉末，复合粉末中锌或锌合金所占的质量百分比为10%-30%，复合粉末中采用的锌合金中锌的质量百分比含量大于80%；镍基涂层根据复合粉末类型通过超音速或常规的火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和冷喷涂方法制备，并根据腐蚀防护程度的要求调整镍基涂层的厚度大于150μm；或在金属基体上制有耐蚀底层和工作面层，耐蚀底层与前述的镍基涂层制备方法相同，其涂层厚度根据腐蚀防护程度的要求进行调整为大于150μm；然后再制备工作面层，工作面层根据实际工况需求，采用不会重熔或破坏耐蚀底层的工艺进行涂覆制备；选用粒度为75μm-105μm、镍铬为50wt%的碳化铬粉末为工作面层粉末，再采用现有的氧乙炔火焰喷涂工艺将工作面层粉末喷涂在基体的耐蚀底层上形成工作面层，制备得到复合镍基涂层。

实施例1：

本实施例选用Q235钢作为金属基体，先将金属基体采用棕刚玉进行喷砂处理，再将锌粉、镍粉和氧化铝粉按照质锌粉：镍粉：氧化铝粉=1:4:5的质量比混合均匀得到涂层粉末，其中，锌粉采用粒度为30μm的球型锌粉镍粉采用粒度为15μm-45μm的电解镍粉，氧化铝粉采用粒度为50μm的氧化铝粉末；然后将涂层粉末采用冷喷涂工艺喷涂在基体上得到复合镍基涂层，冷喷涂的喷涂气压为0.7MPa，预热温度为415℃，喷涂距离为20mm。

本实施例对制备的复合镍基涂层进行腐蚀防护性能测试和组织结构微观分析，喷涂态涂层照片如图3（a）所，在天然海水和室温条件下浸泡30天后的涂层照片如图3（b）所示，从图中可以看出浸泡后的复合镍基涂层表面仅出现少量白锈（没有红锈产生，表面粘附的是白锈），基体没有发生腐蚀；涂层断面组织结构的扫描电镜照片和能谱面扫描如图4所示，从图中可以看出，锌在镍基涂层中呈现出较为均匀的分布。

实施例2：

本实施例选用Q235钢作为基体，先将基体采用棕刚玉进行喷砂处理，再将锌粉、镍粉和氧化铝粉按照质锌粉：镍粉：氧化铝粉=1:4:5的质量比混合均匀得到耐蚀底层粉末，锌粉采用粒度为30μm的球型锌粉镍粉采用粒度为15μm-45μm的电解镍粉，氧化铝粉采用粒度为50μm的氧化铝粉末；然后采用冷喷涂工艺将耐蚀底层粉末喷涂在基体上得到耐蚀底层，冷喷涂的喷涂气压为0.7MPa，预热温度为415℃，喷涂距离为20mm；选用粒度为75μm-105μm、镍铬为50wt%的碳化铬粉末为工作面层粉末，再采用现有的氧乙炔火焰喷涂工艺将工作面层粉末喷涂在基体的耐腐蚀层上形成工作面层，制备得到复合镍基涂层。

本实施例对制备好的复合镍基涂层进行腐蚀防护性能测试和组织结构微观分析，根据GB2423.17-2008标准对复合镍基涂层进行15天的中性盐雾试验，试验前后涂层的照片分别如图5（a）、（b）所示，结果显示经过中性盐雾试验后复合镍基涂层表面出现了少量的白锈；使用扫描电镜对涂层的断面组织结构进行观察的结果如图6所示，照片由下往上第一层为基体，第二层为耐蚀底层，第三层为工作面层。

Claims

1.一种海洋环境防腐镍基涂层的制备方法，其特征在于在镍基合金或镍基金属陶瓷基体中添加金属锌或锌合金耐蚀增强相，在有腐蚀介质的工作环境中，利用镍对锌致密腐蚀产物的稳定作用，封闭贯穿孔隙，提高镍基合金涂层的腐蚀防护性能；涂层粉末为锌/锌合金与镍基合金/镍基金属陶瓷粉末组成的复合粉末，锌或锌合金与镍基合金或镍基金属陶瓷粉末通过机械混合、粉末团聚、球磨复合和机械合金化工艺进行物理复合制成复合粉末，复合粉末中锌或锌合金所占的质量百分比为10%-30%；或采用锌合金时锌的质量百分比含量大于80%；镍基涂层根据复合粉末类型通过常规的或超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂或冷喷涂的方法制备，并根据腐蚀防护程度的要求调整涂层的厚度不小于150μm；或在基体上制备镍基涂层的耐蚀底层和工作面层，耐蚀底层与的材料、制备方法与前述的镍基涂层的制备方法相同，工作面层根据实际工况需求，采用不会重熔或破坏耐蚀底层的工艺进行涂覆制备。