CN103834899B - 纯铝丝材电弧喷涂制备Al-Al2O3复合涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，由第一步喷涂前对钢铁构件表面进行预处理；第二步采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；第三步关闭电弧电源，关闭高压氧气源的步骤组成。所使用的纯铝丝材，同实心Al/Al2O3 丝材相比，其柔韧性更好；同纯铝包敷层粉芯丝材相比，挺度较高，不易变形,易于加工制作，喷涂工艺较纯铝包敷层粉芯丝材好。所使用的纯铝丝材及工业纯氧气，市场供应充足，成本低廉，制备的Al–Al₂O₃复合涂层具有优良的耐磨防滑性能。该方法制备过程简单，涂层表面平整，不需后续处理，便于推广使用。

Description

纯铝丝材电弧喷涂制备 Al-Al2O3复合涂层的方法

技术领域 :

本发明属于金属表面喷涂技术领域，具体涉及一种纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法。

背景技术 :

纯铝丝材电弧喷涂铝涂层被认为是一种成本低、易于施工、最有效的大型钢铁构件长效防护方法，对海洋环境下工作的钢铁构件设施具有很好的保护作用, 在舰船、海上石油勘探设施以及港口中的钢铁设施都有大量成功的应用案例。电弧喷涂铝涂层对钢铁构件的防护作用主要基于物理覆盖作用和牺牲阳极作用, 防腐效果可达到20 a，而普通油漆仅为两年。但是，电弧喷涂纯铝涂层的致命弱点是耐磨性差，在一些需要耐磨防滑的部位，纯铝涂层难以胜任，迫切需要提高铝涂层的耐磨防滑性能。

与纯铝涂层相比，在铝涂层中添加氧化铝强化粒子制备成复合涂层可以显著提高涂层的耐磨性，而且不降低涂层的抗腐蚀性能及其与基体的结合强度。美国海军舰艇上的主甲板、人员活动走廊、直升机起落防滑甲板等部位，采用电弧喷涂实心Al/ Al₂O₃ 丝材制备的铝基复合防滑涂层，不仅满足了这些部位对防滑性能的要求，而且解决了并存的腐蚀和磨损问题。但是，对于电弧喷涂材料的丝材要求易于制作，且须有足够的柔韧性以便送丝稳定。如纯铝实心丝材则具备这些优势，经过熔炼、浇铸及拔丝即成，操作方便，效率高。而实心Al/ Al₂O₃丝材制备由于Al₂O₃硬质相的存在，使其柔韧性降低，进而导致合金丝的拉拔困难，很大程度上限制了实心Al–Al₂O₃丝材制备复合防滑涂层的实际应用。为了解决这一问题，人们发明了粉芯丝材。粉芯丝材由金属包敷层和不同类型的填充物(如各种合金、氧化物、碳化物等) 组成，由于不受拉拔成丝的限制，克服了实心丝材中硬质相使合金丝拉拔困难的缺点，只需简单调整金属外皮和粉芯成分或调节加粉系数即可调节涂层成分，获得不同使用要求的涂层，兼具实心丝材和粉末的优点。但铝基粉芯丝材由于纯铝包覆层挺度小、易变形等特点, 其喷涂工艺较实心丝材差。因此，基于上述丝材各自的优势与不足，本发明提出纯铝线材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法。

发明内容

综上所述，本发明的目的是针对现有铝基丝材制备Al–Al₂O₃复合防滑涂层存在的问题，而研究的一种纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法。采用这种方法制备的Al–Al₂O₃复合涂层，克服了实心Al–Al2O3 丝材与纯铝包敷层粉芯丝材各自的不足，能够满足大型钢构件一些部位需在耐磨防滑条件下使用的要求。

本发明的主要技术方案是采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层。具体地说，是在钢铁构件表面经过预处理后，采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压氧气作为雾化推进气体，在电弧喷涂过程中，氧和熔融状态下的铝在飞行过程中发生反应，生成氧化铝化合物，当熔融的铝滴落在经预处理过的钢铁构件表面时固化，形成Al–Al₂O₃复合涂层，以实现提高钢铁构件表面耐磨防滑的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，包括以下步骤：

第一步、喷涂前对钢铁构件表面进行预处理；

第二步、采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；喷涂工艺参数为：喷涂电压30V～35V, 喷涂电流150A～250A，喷涂距离150mm～220mm，雾化推进气体压力0.5MPa～0.9MPa，喷涂角度75°～90°；

第三步、按第二步的方法和条件喷涂2～10层，厚度为0.5mm～2.5mm，以实际工况条件确定喷涂复合层的厚度；关闭电弧电源，关闭高压氧气源。

进一步，第一步所述的喷涂前对钢铁构件表面进行预处理，是指对钢铁构件待喷涂表面进行喷砂处理，去除表面的氧化皮，使之露出洁净、新鲜、粗化的金属表面；喷砂使用的磨料为20# 棕刚玉。

进一步，第二步所述的喷涂材料纯铝丝材为φ2 mm～φ3 mm的L1 铝丝, 含铝量在99.7%以上。

进一步，第二步所述的雾化推进气体为工业纯氧气。

进一步，第二步所述的工艺参数优选：喷涂电压32V～34V, 喷涂电流120A～180A，喷涂距离160mm～200mm，雾化推进气体压力0.6MPa～0.8MPa。

本发明的积极效果是：

1. 本发明提出的纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，由于采用高压氧气作为雾化推进气体，在电弧喷涂过程中，氧和熔融状态下的铝在飞行过程中发生反应，生成氧化铝化合物，形成Al–Al₂O₃复合涂层。复合涂层中的较硬的氧化铝粒子抗剪切强度要比铝大，摩擦过程中能有效保护较软的铝基体，使涂层磨损减小；暴露在涂层表面的氧化铝粒子使涂层表面粗糙，能够提高涂层的摩擦因数，适于用作耐磨防滑涂层。

2.本发明提出的纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，所使用的纯铝丝材，同实心Al/ Al₂O₃ 丝材相比，其柔韧性更好，且易于加工制作，价格低廉，成本显著降低。

3. 本发明提出的纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，所使用的纯铝丝材，同纯铝包敷层粉芯丝材相比，挺度较高，不易变形, 其喷涂工艺较纯铝包敷层粉芯丝材好。

4. 本发明提出的纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，所使用的纯铝丝材及工业纯氧气，市场供应充足，且该方法具有操作简便、适用性强的特点，便于推广使用。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例 1 ：

厚度为8mm，长、宽尺寸为200mm×100mm的Q235普通碳素钢板材，在其表面以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压工业纯氧气作为雾化推进气体，电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，包括以下步骤：

第一步、对Q235普通碳素钢板材表面进行喷砂预处理，去除表面的氧化皮，使之露出洁净、新鲜、粗化的金属表面； 喷砂使用的磨料为20# 棕刚玉；

第二步、采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，喷涂材料纯铝丝材为φ2 mm的L1 铝丝, 含铝量在99.7%以上；用高压工业纯氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；喷涂工艺参数为：喷涂电压32V, 喷涂电流120 A，喷涂距离160mm，雾化推进气体压力0.6MPa，喷涂角度75°～90°；

第三步、按第二步的方法和条件重复喷涂，本实施例复合涂层的厚度至0.6mm～1.2mm；关闭电弧电源，关闭高压氧气源。

实施例 2 ：

厚度为10mm，长、宽尺寸为300mm×150mm的Q255普通碳素钢板材，在其表面以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压工业纯氧气作为雾化推进气体，电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，包括以下步骤：

第一步、对Q255普通碳素钢板材表面进行喷砂预处理，去除表面的氧化皮，使之露出洁净、新鲜、粗化的金属表面；喷砂使用的磨料为20# 棕刚玉；

第二步、采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，喷涂材料纯铝丝材为φ3 mm的L1 铝丝, 含铝量在99.7%以上；用高压工业纯氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；喷涂工艺参数为：喷涂电压33V, 喷涂电流150 A，喷涂距离180mm，雾化推进气体压力0.7MPa，喷涂角度75°～90°；

第三步、按第二步的方法和条件重复喷涂，本实施例复合涂层的厚度至1.2mm～1.8mm；关闭电弧电源，关闭高压氧气源。

实施例 3 ：

厚度为12mm，长、宽尺寸为300mm×200mm的16Mn普低钢板材，在其表面以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压工业纯氧气作为雾化推进气体，电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，包括以下步骤：

第一步、对16Mn普低钢板材表面进行喷砂预处理，去除表面的氧化皮，使之露出洁净、新鲜、粗化的金属表面，喷砂使用的磨料为20# 棕刚玉；

第二步、采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，喷涂材料纯铝丝材为φ3 mm的L1 铝丝, 含铝量在99.7%以上；用高压工业纯氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；喷涂工艺参数为：喷涂电压34V, 喷涂电流180 A，喷涂距离200mm，雾化推进气体压力0.8MPa，喷涂角度75°～90°；

第三步、按第二步的方法和条件重复喷涂，本实施例复合涂层的厚度至1.8mm～2.4mm；关闭电弧电源，关闭高压氧气源。

本发明克服了实心Al–Al₂O₃丝材与纯铝包敷层粉芯丝材各自的不足，可在结构钢构件表面获得结合牢固的Al–Al₂O₃复合涂层，能够满足大型钢构件表面耐磨防滑的工况条件。所使用的纯铝丝材，同实心Al/ Al₂O₃ 丝材相比，其柔韧性更好，且易于加工制作，价格低廉，成本显著降低。同纯铝包敷层粉芯丝材相比，挺度较高，不易变形，其喷涂工艺较纯铝包敷层粉芯丝材好。本发明制备的Al–Al₂O₃复合涂层与淬火45钢对磨件在摩擦磨损试验过程中，摩擦因数基本稳定，保持在0.6～0.7之间，这与用实心Al–Al₂O₃丝材或纯铝包敷层粉芯丝材制备的Al–Al₂O₃复合涂层的摩擦因数相当。

Claims (1)

1.一种纯铝丝材电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，其特征在于，选择厚度为10mm，长、宽尺寸为300mm×150mm的Q255普通碳素钢板材，在其表面以纯铝丝材作为喷涂材料，用高压工业纯氧气作为雾化推进气体，电弧喷涂制备Al–Al₂O₃复合涂层的方法，包括以下步骤：

第一步、对Q255普通碳素钢板材表面进行喷砂预处理，去除表面的氧化皮，使之露出洁净、新鲜、粗化的金属表面；喷砂使用的磨料为20# 棕刚玉；

第二步、采用电弧喷涂工艺，以纯铝丝材作为喷涂材料，喷涂材料纯铝丝材为φ3 mm的L1 铝丝, 含铝量在99.7%以上；用高压工业纯氧气作为雾化推进气体制备Al–Al₂O₃复合涂层；喷涂工艺参数为：喷涂电压33V, 喷涂电流150 A，喷涂距离180mm，雾化推进气体压力0.7MPa，喷涂角度75°～90°；

第三步、按第二步的方法和条件重复喷涂，至复合涂层的厚度为1.2mm～1.8mm；关闭电弧电源，关闭高压氧气源。