CN105543766B - NiTi合金复合涂层及其制备方法 - Google Patents

NiTi合金复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NiTi合金复合涂层及其制备方法，尤其涂覆在蒸压釜内壁上。NiTi合金复合涂层包括金属基体，金属基体上覆盖有NiTi合金涂层，NiTi合金涂层外覆盖有铝合金涂层，该铝合金涂层通过加热融化扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。制备方法包括：（1）对表面预处理；（2）喷涂至少一层NiTi合金层；（3）喷涂铝合金涂层；（4）喷涂完毕后对铝合金涂层进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。本发明没有用有机封孔剂对NiTi合金涂层进行封孔，避免了蒸压釜内部长期温度变化引起的封孔剂脱落。本发明可以大大降低蒸压釜内壁的腐蚀程度，延长蒸压釜的使用寿命。

Description

NiTi合金复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于压力容器防腐蚀领域，涉及NiTi合金复合涂层及其制备方法，具体涉及一种采用超音速电弧喷涂法在蒸压釜内壁上NiTi合金复合涂层的制备方法。
背景技术
蒸压釜内的介质是饱和水蒸气和冷凝水，釜内温度较高，压力和湿度比较大，釜底有积水，釜内蒸养的建材制品如混凝土制品从蒸养车上散落下来后，落进釜底的积水中。釜内的积水在一个蒸养周期内不能循环，积水中的碱性物质在混凝土残渣缝隙中浓缩，碱性增强，釜底发生严重的缝隙腐蚀，底部产生很多腐蚀孔，带来了安全隐患。
蒸压釜所用材料一般为16MnR钢，目前我国在蒸压釜的设计上，主要是通过增加腐蚀裕度来解决腐蚀问题。但这种方法直接增加了钢的消耗，而且由于钢板厚度的增加也增加了设备制造的工艺难度，同时也增加了设备运输安装的工作量。增加腐蚀裕度既不能防止腐蚀的发生，又不能减缓腐蚀的速度，只是用预先增加截面厚度来补偿因腐蚀所造成的钢板厚度的损失，用以保证设备所需的强度，但是蒸压釜的腐蚀是不均匀腐蚀，增加厚度并不能保证所需强度。
发明内容：
为了解决现有生产条件下蒸压釜表面特别是釜底容易腐蚀的问题，提供了一种NiTi合金复合涂层及其制备方法，尤其是一种涂覆在蒸压釜内壁上的NiTi合金复合涂层及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
本发明一方面提供了一种NiTi合金复合涂层，包括金属基体，所述金属基体上覆盖有NiTi合金涂层，NiTi合金涂层外覆盖有铝合金涂层，该铝合金涂层通过加热融化扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。
本发明的NiTi合金复合涂层通过在铝合金的熔点附近进行整体加热，使铝合金扩散渗入NiTi合金涂层内部，对NiTi合金涂层进行封孔，形成双层复合涂层。本发明没有用有机封孔剂对NiTi合金涂层进行封孔，避免了金属基体尤其是蒸压釜内部长期温度变化引起的封孔剂脱落。本发明可以大大降低金属基体尤其是蒸压釜内壁的腐蚀程度，可以延长金属基体的使用寿命。
优选的，所述NiTi合金涂层的厚度为200-300μm。
优选的，所述铝合金涂层的厚度为100-150μm。
优选的，所述NiTi合金涂层和铝合金涂层均采用超音速电弧喷涂方法喷涂。
优选的，所述金属基体为蒸压釜壁。
本发明另一方面提供了一种上述NiTi合金复合涂层的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）对金属基体表面预处理；
（2）对经过预处理的金属基体表面进行表面喷涂至少一层NiTi合金层；
（3）将铝合金涂层喷涂在所述NiTi合金涂层上；
（4）喷涂完毕后对铝合金涂层进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。
优选的，所述铝合金的融化温度为450℃。
优选的，所述步骤（1）中预处理工艺为：先选用16-20号石英砂粗喷，去除内壁表面的锈、氧化皮、蒸养残留物，并露出金属光泽，喷砂完成后表面清洁度达Sa3.0级，然后用14-16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz80-120 μm，基体表面呈现均质的金属光泽；
优选的，所述步骤（2）、（3）中均采用超音速电弧喷涂方法喷涂，喷涂时NiTi合金涂层与基底表面发生冶金结合，结合强度高，喷涂总厚度为0.1-0.3mm，温度控制在100-150℃范围内；所述铝合金涂层喷涂在NiTi合金涂层上，温度控制在100-150℃范围内，涂层厚度为0.1-0.15 mm。
优选的，所述步骤（2）中对金属基体表面进行NiTi合金喷涂的喷涂工艺参数为：燃气为丙烷，压力：0.6-0.8 MPa，电弧电压为32-34 V，电弧电流130-160 A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8 MPa，喷涂距离100-150mm；所述步骤（3）中在NiTi合金上喷涂铝合金，燃气为丙烷，压力为0.6-0.8 MPa，电弧电压为32-34 V，电弧电流130-160 A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8 MPa，喷涂距离100-150mm。
本发明还提供了一种蒸压釜内壁上NiTi合金复合涂层的制备方法，具体操作步骤如下：
（1）对蒸压釜内壁进行表面预处理，预处理工艺过程为：先选用16-20号石英砂粗喷2遍，去除蒸压釜内壁表面的锈、氧化皮、蒸养残留物，并露出灰白色金属光泽，喷砂完成后表面清洁度达Sa3.0级，然后用14-16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz80-120 μm，基体表面呈现均质的金属光泽，喷砂后用TR210便携式表面粗糙度测试仪检测处理后的基体表面，如表面有锈蚀或不合格处需重新处理。合格后再用MX-3超声波测厚仪对蒸压釜进行测厚。
（2）喷砂完工2-4小时后，按照GB11375-99《热喷涂操作安全》对经过预处理的表面进行表面喷涂NiTi合金，喷涂时与基底表面发生冶金结合，结合强度高，喷涂两层，每层厚度为0.1-0.15mm，温度控制在100-150℃范围内，采用井字形喷涂方式，分层、分块作业，过渡区应有明显的标记，每局部区域达到一定厚度后再移换到其他区域，确保涂层结合力及厚度均匀，防止出现漏喷现象。
（3）采用超音速电弧喷涂方法，将铝合金涂层喷涂在NiTi合金涂层上，温度控制在100-150℃范围内，涂层厚度为0.1-0.15 mm。
（4）喷涂完毕后对釜底铝合金涂层进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中，起到封闭作用。加热温度为450℃。
本发明中，所述NiTi合金层主要起到防腐蚀、过渡结合的作用，使用过程中，即便铝合金涂层受损，仍可起到隔离、防腐蚀的作用。所述的铝合金涂层，主要起到防腐蚀、防磨损的工作作用。
本发明采用NiTi合金与铝合金复合喷涂的方法处理金属基体尤其是蒸压釜内壁，工艺操作方便，能有效防止蒸压釜在运行过程中发生的缝隙腐蚀，最后一步的热处理使整个涂层更加致密，降低蒸压釜的使用成本，提高蒸压釜的使用寿命，且无污染、低能耗。
本发明的NiTi合金复合涂层制备工艺简单，能有效地解决蒸压釜在实际运行中容易发生的缝隙腐蚀问题。本复合涂层对基底的保护原理为：NiTi合金涂层耐腐蚀性能强，在强碱性条件下也不会发生腐蚀，能起到隔离效果，将蒸压釜基底和腐蚀介质如水溶液、空气隔离开来。当涂层有孔隙或局部损坏时，铝合金层能充当腐蚀电池中的阳极，铁基底成为阴极，通过这种牺牲阳极的手段来达到保护铁基底的目的，防止蒸压釜釜底发生缝隙腐蚀产生蚀坑。利用铝合金加热封孔而不是有机涂层封孔，因为蒸压釜在生产过程中，每一个蒸养周期都会经历一次温度变化，NiTi合金复合涂层的热膨胀系数与钢铁相近，在温度变化时与有蒸压釜相近的变形量，不会发生有机涂层出现的鼓泡、脱落等破坏。NiTi合金复合涂层能够提高蒸压釜的耐腐蚀性能，延长蒸压釜寿命，提高生产安全性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明NiTi合金复合涂层的结构示意图；
图2为本发明NiTi合金复合涂层的制备方法的工艺流程图。
其中，蒸压釜内壁1；NiTi合金涂层2；铝合金涂层3；微观孔隙4。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种涂覆NiTi合金复合涂层的防腐蒸压釜，包括金属基体即蒸压釜内壁1，金属基体上覆盖有两层NiTi合金涂层2，每层厚度为0.1-0.15 mm。NiTi合金涂层2外覆盖有铝合金涂层3，涂层厚度为0.1-0.15 mm。该铝合金涂层3通过加热融化扩散至NiTi合金涂层2的微观孔隙4中，起到封闭作用。
所述NiTi合金涂层2和铝合金涂层3均采用超音速电弧喷涂方法喷涂。
如图2所示，蒸压釜内壁上NiTi合金复合涂层的制备方法，具体操作步骤如下：
（1）对蒸压釜内壁1进行表面预处理，预处理工艺过程为：先选用16-20号石英砂粗喷2遍，去除蒸压釜内壁1表面的锈、氧化皮、蒸养残留物，并露出灰白色金属光泽，喷砂完成后表面清洁度达Sa3.0级，然后用14-16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz80-120 μm，基体表面呈现均质的金属光泽，喷砂后用TR210便携式表面粗糙度测试仪检测处理后的基体表面，如表面有锈蚀或不合格处需重新处理。合格后再用MX-3超声波测厚仪对蒸压釜进行测厚。
（2）喷砂完工2-4小时后，按照GB11375-99《热喷涂操作安全》对经过预处理的表面进行表面喷涂NiTi合金，喷涂时与基底表面发生冶金结合，结合强度高，喷涂两层，每层厚度为0.1-0.15 mm，温度控制在100-150℃范围内，采用井字形喷涂方式，分层、分块作业，过渡区应有明显的标记，每局部区域达到一定厚度后再移换到其他区域，确保涂层结合力及厚度均匀，防止出现漏喷现象。
（3）采用超音速电弧喷涂方法，将铝合金涂层3喷涂在NiTi合金涂层2上，温度控制在100-150℃范围内，涂层厚度为0.1-0.15 mm。
（4）喷涂完毕后，进行涂层质量检验，并测量厚度≥0.4判定合格，可进入下一道工序，否则对不合格部位进行补喷涂；然后对釜底铝合金涂层3进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层2的微观孔隙4中，起到封闭作用。加热温度为450℃。
其中，所述的超音速电弧喷涂方法，其系统采用ZPG-500A型超音速电弧喷涂机。主要包括超音速电弧喷涂专用电源、超音速电弧喷枪、送丝机、空气压缩机、气源控制系统等。
所述蒸压釜表面进行NiTi合金喷涂，喷涂工艺参数为：燃气为丙烷，压力：0.6-0.8MPa，电弧电压为32-34 V，电弧电流130-160 A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8 MPa，喷涂距离100-150mm；在NiTi合金上喷涂铝合金，燃气为丙烷，压力为0.6-0.8MPa，电弧电压为32-34 V，电弧电流130-160 A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8 MPa，喷涂距离100-150mm。
所述蒸压釜内壁1上NiTi合金复合涂层，所用NiTi合金丝材和铝合金丝材的直径为Φ2.0 mm。
所述涂层封孔技术是喷涂完铝合金后对釜底铝合金涂层3进行加热，使整个涂层更致密，封闭NiTi合金涂层2的微观孔隙4，涂层封闭的作用：一是，阻止强碱性冷凝水通过涂层孔隙渗透到涂层内部造成内腐蚀；二是，消除涂层微观孔隙4处下滑物流方向的改变形成的小涡流的影响，防止局部发生较快的冲刷磨损。
喷涂前先在试板上试喷，调节电压、电流、送丝速度、压缩空气流量，检查气路的活接头及软管接头，确保无漏气现象。如发现送丝不稳、电弧不稳定燃烧、严重漏气等特殊现象应及时检查、调整。
喷涂过程中烧损的导电嘴应及时更换，加工精度超标的导电嘴禁止使用。喷涂过程中若发现送丝不稳、熔丝爆断、电弧时断时续现象，应先检查导电嘴使用状况，再次检查导丝管安装是否牢固，松动时应及时拧紧。
实施例1
按照本发明的方法，先在喷砂后的蒸压釜内壁表面喷涂两层NiTi涂层，两层厚度均在0.12-0.14 mm之间，温度控制在130℃。然后再在其上喷涂一层铝合金涂层，厚度在0.12-0.15 mm之间，温度控制在130℃。最后对铝合金涂层进行加热，加热温度为450℃。使铝合金熔化后扩散至NiTi合金涂层2的微观孔隙4中，起到封闭作用。NiTi涂层采用丙烷作为燃气，压力为0.7MPa，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.7MPa，喷涂电流160A，喷涂电压34V，喷涂涂层时喷涂距离为150 mm;同理，喷涂铝合金涂层3采用丙烷作为燃气，压力为0.5 MPa，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.6MPa，喷涂电流为130 A，喷涂电压32 V，喷涂涂层时喷涂距离为150 mm。由此工艺得到的涂层外观良好，无起皮、开裂现象，涂层结合强度高达50MPa以上。
实施例2
按照本发明的方法，先在喷砂后的蒸压釜表面喷涂两层NiTi涂层，两层厚度均在0.1-0.14 mm之间，温度控制在120℃。然后再在其上喷涂一层铝合金涂层，厚度在0.13-0.15 mm之间，温度控制在120℃。最后对铝合金涂层进行加热，加热温度为450℃。使铝合金熔化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中，起到封闭作用。NiTi涂层采用丙烷作为燃气，压力为0.7MPa，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.7MPa，喷涂电流140A，喷涂电压32V，喷涂涂层时喷涂距离为150 mm;同理，喷涂铝合金涂层采用丙烷作为燃气，压力为0.5 MPa，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.6MPa，喷涂电流为130 A，喷涂电压32 V，喷涂涂层时喷涂距离为150 mm。由此工艺得到的涂层外观良好，无起皮、开裂现象，涂层结合强度高达50MPa以上。
实施例3
按照本发明的方法，对经过预处理的表面进行表面喷涂NiTi合金，喷涂时与基底表面发生冶金结合，结合强度高，喷涂两层，每层厚度为0.13-0.15 mm，温度控制在150℃，将铝合金涂层喷涂在NiTi合金涂层上，温度控制在150℃，涂层厚度为0.12-0.14 mm。然后对釜底铝合金涂层进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。使整个涂层更致密，封闭NiTi合金涂层的微观孔隙，不仅可以阻止强碱性冷凝水通过涂层孔隙渗透到涂层内部造成内腐蚀，而且能消除涂层微观孔隙处下滑物流方向的改变形成的小涡流的影响，防止局部发生较快的冲刷磨损。
上述实施例可以列举许多，其中的喷涂参数可以根据需要控制在上面描述的参数，都可以达到本发明的效果。
本发明的实施，能够在蒸压釜内壁表面制备防腐蚀的NiTi合金涂层，也可以用于其他处于强腐蚀性介质中的容器或零部件。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例和比较例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种NiTi合金复合涂层，包括金属基体，其特征在于，所述金属基体上覆盖有NiTi合金涂层，NiTi合金涂层外覆盖有铝合金涂层，该铝合金涂层通过对其进行加热，使铝合金融化扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中；所述金属基体为铁。
2.根据权利要求1所述的NiTi合金复合涂层，其特征在于，所述NiTi合金涂层的厚度为200-300μm。
3.根据权利要求1所述的NiTi合金复合涂层，其特征在于，所述铝合金涂层的厚度为100-150μm。
4.根据权利要求1所述的NiTi合金复合涂层，其特征在于，所述NiTi合金涂层和铝合金涂层均采用超音速电弧喷涂方法喷涂。
5.根据权利要求1所述的NiTi合金复合涂层，其特征在于，所述金属基体为蒸压釜壁。
6.权利要求1－5任一项所述的NiTi合金复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)对金属基体表面预处理；
(2)对经过预处理的金属基体表面进行表面喷涂至少一层NiTi合金层；
(3)将铝合金涂层喷涂在所述NiTi合金涂层上；
(4)喷涂完毕后对铝合金涂层进行加热，使铝合金融化后扩散至NiTi合金涂层的微观孔隙中。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金的融化温度为450℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中预处理工艺为：先选用16-20号石英砂粗喷，去除内壁表面的锈、氧化皮、蒸养残留物，并露出金属光泽，喷砂完成后表面清洁度达Sa3.0级，然后用14-16号棕刚玉进行表面粗糙化处理，表面粗糙度达Rz80-120μm，基体表面呈现均质的金属光泽。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)、(3)中均采用超音速电弧喷涂方法喷涂，喷涂时NiTi合金涂层与基底表面发生冶金结合，结合强度高，喷涂总厚度为0.1-0.3mm，温度控制在100-150℃范围内；所述铝合金涂层喷涂在NiTi合金涂层上，温度控制在100-150℃范围内，涂层厚度为0.1-0.15mm。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中对金属基体表面进行NiTi合金喷涂的喷涂工艺参数为：燃气为丙烷，压力：0.6-0.8MPa，电弧电压为32-34V，电弧电流130-160A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8MPa，喷涂距离100-150mm；所述步骤(3)中在NiTi合金上喷涂铝合金，燃气为丙烷，压力为0.6-0.8MPa，电弧电压为32-34V，电弧电流130-160A，雾化气和助燃气为压缩空气，压力为0.5-0.8MPa，喷涂距离100-150mm。
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