CN107058992B - 一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料及使用方法，该涂料由涂料A和涂料B组成，其中涂料A包括Al(H2PO4)3和纯水，涂料B包括Mg(H2PO4)2、纯水和Al2O3粉末；该涂料的使用步骤如下：1)配制涂料A和涂料B：2)将铸造铝合金样品放置于碱性溶液中碱洗，之后用纯水清洗，最后自然干燥后备用；3)在干燥后的铸造铝合金表面涂覆涂料A，阴干后涂覆涂料B，之后置于水蒸汽环境中，得到表面具有复合涂层的铸造铝合金，本发明在铝合金表面形成复合涂层，提高合金的表面耐腐蚀性能和抗磨损性能；该技术处理温度低于通常铸造铝合金时效热处理温度，可作为最终处理工艺应用于产品生产。

Description

一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料及使用方法，属于铝合金表面处理技术领域。
背景技术：
铝是地壳中含量最多的金属元素，占地壳总重量的7.45％。铝及其合金是目前使用量最多的有色金属之一，跟同样广泛使用的钢铁相比，铝的密度较小，只有铸铁的1/3，比强度高，导电、导热性优良，无低温脆性，易加工，塑性和成型性好。目前，铝及铝合金材料已广泛应用于建筑、航空航天、机械、汽车、航海、医疗等各个领域。
在自然条件下，铝表面会生成一层致密的氧化物薄膜，保护基体不被腐蚀。铝合金与纯铝相同，在自然条件下表面存在0.01μm～0.05μm厚的Al2O3·nH2O薄膜，它能够阻碍铝表面的活性分子和周围介质的接触，起到保护金属的作用，使铝及其合金材料在中性和无电解质的环境中具有较好的耐蚀性。因此，长期以来，绝大多数铝合金工件都是不经任何表面处理而直接使用的。但是，由于铝合金表面的天然氧化膜厚度较薄，防护能力十分有限，且铝的电极电位较负，因此在日常生活和工作生产中经常可以看到由于铝合金的腐蚀影响设备使用寿命的例子。
为了提升铝合金产品的使用寿命，一般会对它们做一定的表面处理。目前，针对铝合金表面处理的方法主要有电化学、化学、热喷涂、离子束处理和激光表面强化等。但这些工艺应用于形状不规则的铝合金铸件时，通常难以在铸件表面形成均匀连续的涂层。
本发明采用涂料预涂，结合高温水蒸汽处理的工艺，在铝合金铸件表面制备复合无机涂层。与现有阳极氧化、化学镀、电镀、热喷涂等方法相比，具备所需设备少、制备工序简单、制备周期短、制备温度较低、不会造成高能耗、高成本的特点，且通过预浸涂与蒸汽处理结合的方式实现了铸铝与反应介质的充分反应，确保铸铝涂层的均匀性，连续性。
发明内容：
技术问题：本发明的目的是提供一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，该涂料与基体具有一定的反应能力，有利于实现涂层与基体的化学结合；
本发明的另一目的是提供一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料使用方法，本方法利用粘结性较高具备一定反应能力的Al(H2PO4)3和反应活性较高的Mg(H2PO4)2组合，在铝合金表面形成复合涂层，可提高合金的表面耐腐蚀性能和抗磨损性能。
技术方案：本发明提供了一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，该涂料由涂料A和涂料B组成，其中涂料A按重量份包括10～50份Al(H2PO4)3和20～60份纯水；涂料B按重量份包括10～70份Mg(H2PO4)2、30～80份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.1～1.3倍的Al2O3粉末。
其中：
所述的涂料A和涂料B的优选配比按重量份为：
①涂料A：10～20份Al(H2PO4)3和20～30份纯水；
②涂料B：60～70份的Mg(H2PO4)2、70～80份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.18～1.22倍的Al2O3粉末。
所述的涂料A和涂料B的另一种优选配比按重量份为：
①涂料A：45～50份Al(H2PO4)3和55～60份纯水；
②涂料B：10～15份的Mg(H2PO4)2、40～45份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.18～1.22倍的Al2O3粉末。
所述的Al2O3粉末粒度小于500目。
本发明还提供了一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料使用方法，包括以下步骤：
1)配制涂料A和涂料B：
①按比例称取Al(H2PO4)3和纯水，混合搅拌均匀得到涂料A；
②按比例称取Mg(H2PO4)2、纯水和Al2O3粉末，混合搅拌均匀得到涂料B；
2)铸造铝合金样品预处理：将铸造铝合金样品放置于碱性溶液中碱洗，之后用纯水清洗，最后自然干燥后备用；
3)涂层制备：在步骤2)干燥后的铸造铝合金表面涂覆涂料A，阴干后涂覆涂料B，之后置于水蒸汽环境中，得到表面具有复合涂层的铸造铝合金。
其中：
步骤2)所述的碱性溶液为NaOH溶液或NaOH与NaCO3的混合溶液，且所述的NaOH溶液的浓度为10～12wt％，所述的混合溶液中NaOH的浓度为5～6wt％，NaCO3的浓度为5～6wt％；所述的碱洗的时长为5～6min；所述的用纯水清洗的时长为1～2min。
步骤3)所述的在干燥后的铝合金表面涂覆涂料A，阴干后涂覆涂料B的过程是将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中2～3min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中30～45s。
步骤3)所述的置于水蒸汽环境中的时长为20～90min，其中水蒸汽环境的温度为120～180℃。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1)本发明的涂料与基体具有一定的反应能力，有利于实现涂层与基体的化学结合；
2)本发明利用粘结性较高具备一定反应能力的Al(H2PO4)3和反应活性较高的Mg(H2PO4)2组合，在铸造铝合金表面形成复合涂层，可提高铸造铝合金的表面耐腐蚀性能和抗磨损性能；
3)本发明通过预浸涂与蒸汽处理结合的方式实现了铸铝与反应介质的充分反应，确保铸造铝合金表面涂层的均匀性、连续性；
4)该方法具有制备工序少、制造周期短、成本低廉、适合规模生产等优势；该技术处理温度低于通常铸造铝合金时效热处理温度，可作为最终处理工艺应用于产品生产。
附图说明
图1为实施例2得到的表面具有复合涂层的铸造铝合金的金相图片。
具体实施方式：
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。而本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体试验结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。
实施例1：
(1)按比例称取10份Al(H2PO4)3，20份纯水混合搅拌均匀配成涂料A；
(2)按比例称取70份Mg(H2PO4)2、80份纯水和按与Mg(H2PO4)2全部发生化学反应所需量1.1倍的Al2O3粉末，混合搅拌均匀配成涂料B；
(3)将铝合金样品放置于12wt％的NaOH溶液中碱洗6min，然后用纯水清洗2min，自然干燥；
(4)将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中3min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中45s；
(5)表面涂料不产生明显流动后，将样品在120℃的水蒸汽环境中处理90min，在铸造铝合金表面形成复合涂层。
实施例2：
(1)按比例称取50份Al(H2PO4)3，60份纯水混合搅拌均匀配成涂料A；
(2)按比例称取10份Mg(H2PO4)2、30份纯水和与Mg(H2PO4)2全部发生化学反应所需量1.2倍的Al2O3粉末，混合搅拌均匀配成涂料B；
(3)将铝合金样品放置于NaOH与NaCO3的混合溶液中碱洗6min，然后用纯水清洗2min，自然干燥，其中混合溶液中NaOH的浓度为6wt％，NaCO3的浓度为6wt％；
(4)将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中3min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中35s；
(5)表面涂料不产生明显流动后，将样品在180℃的水蒸汽环境中处理20min，在铸造铝合金表面形成复合涂层。
实施例3：
(1)按比例称取20份Al(H2PO4)3，50份纯水混合搅拌均匀配成涂料A；
(2)按比例称取20份Mg(H2PO4)2、50份纯水和与Mg(H2PO4)2全部发生化学反应所需量1.2倍的Al2O3，混合搅拌均匀配成涂料B；
(3)将铝合金样品放置于10wt％的NaOH溶液中碱洗5min，然后用纯水清洗1min，自然干燥；
(4将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中2.5min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中30s；
(5)表面涂料不产生明显流动后，将样品在150℃的水蒸汽环境中处理75min，在铸造铝合金表面形成复合涂层。
实施例4
(1)按比例称取40份Al(H2PO4)3，60份纯水混合搅拌均匀配成涂料A；
(2)按比例称取30份Mg(H2PO4)2、70份纯水和与Mg(H2PO4)2全部发生化学反应所需量1.3倍的Al2O3粉末，混合搅拌均匀配成涂料B；
(3)将铝合金样品放置于11wt％的NaOH溶液中碱洗6min，然后用纯水清洗1min，自然干燥；
(4)将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中2.5min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中40s；
(5)表面涂料不产生明显流动后，将样品在170℃的水蒸汽环境中处理50min，在铸造铝合金表面形成复合涂层。
实施例5
(1)按比例称取35份Al(H2PO4)3，45份纯水混合搅拌均匀配成涂料A；
(2)按比例称取50份Mg(H2PO4)2、60份纯水和与Mg(H2PO4)2全部发生化学反应所需量1.2倍的Al2O3粉末，混合搅拌均匀配成涂料B；
(3)将铝合金样品放置于NaOH与NaCO3的混合溶液中碱洗6min，然后用纯水清洗1min，自然干燥，其中混合溶液中NaOH的浓度为5wt％，NaCO3的浓度为5wt％；
(4)将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中3min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中40s；
(5)表面涂料不产生明显流动后，将样品在135℃的水蒸汽环境中处理40min，在铸造铝合金表面形成复合涂层。

Claims (7)

1.一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，其特征在于：该涂料由涂料A和涂料B组成，其中涂料A按重量份包括10～50份Al(H2PO4)3和20～60份纯水；涂料B按重量份包括10～70份Mg(H2PO4)2、30～80份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.1～1.3倍的Al2O3粉末。
2.根据权利要求1所述的一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，其特征在于：所述的涂料A和涂料B的优选配比按重量份为：
①涂料A：10～20份Al(H2PO4)3和20～30份纯水；
②涂料B：60～70份的Mg(H2PO4)2、70～80份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.18～1.22倍的Al2O3粉末。
3.根据权利要求1所述的一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，其特征在于：所述的涂料A和涂料B的另一种优选配比按重量份为：
①涂料A：45～50份Al(H2PO4)3和55～60份纯水；
②涂料B：10～15份的Mg(H2PO4)2、40～45份纯水和与Mg(H2PO4)2全部化学反应所需量1.18～1.22倍的Al2O3粉末。
4.根据权利要求1所述的一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料，其特征在于：所述的Al2O3粉末粒度小于500目。
5.一种根据权利要求1所述的用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料使用方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)配制涂料A和涂料B：
①按比例称取Al(H2PO4)3和纯水，混合搅拌均匀得到涂料A；
②按比例称取Mg(H2PO4)2、纯水和Al2O3粉末，混合搅拌均匀得到涂料B；
2)铸造铝合金样品预处理：将铸造铝合金样品放置于碱性溶液中碱洗，之后用纯水清洗，最后自然干燥后备用；
3)涂层制备：在步骤2)干燥后的铸造铝合金表面涂覆涂料A，阴干后涂覆涂料B，之后置于水蒸汽环境中，得到表面具有复合涂层的铸造铝合金；
步骤3)所述的置于水蒸汽环境中的时长为20～90min，其中水蒸汽环境的温度为120～180℃。
6.根据权利要求5所述的一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料使用方法，其特征在于：步骤2)所述的碱性溶液为NaOH溶液或NaOH与Na2CO3的混合溶液，且所述的NaOH溶液的浓度为10～12wt％，所述的混合溶液中NaOH的浓度为5～6wt％，Na2CO3的浓度为5～6wt％；所述的碱洗的时长为5～6min；所述的用纯水清洗的时长为1～2min。
7.根据权利要求5所述的一种用于铸造铝合金表面制备复合涂层的涂料使用方法，其特征在于：步骤3)所述的在干燥后的铸造铝合金表面涂覆涂料A，阴干后涂覆涂料B的过程是将干燥后的铸造铝合金浸渍在涂料A中2～3min，之后取出阴干至铸造铝合金表面形成一层干燥的膜，然后再浸渍于涂料B中30～45s。
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