CN107177811A - 一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法 - Google Patents

一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为克服现有技术存在的缺陷，将Al2O3，La2O3，ZrO2粉体以及分散剂按照一定比例混合进行球磨，通过喷雾干燥制备Al‑La‑Zr粉体，然后通过火焰枪将粉体喷到金属材质表面，形成一层陶瓷涂层，然后将用硅溶胶、铝溶胶等将陶瓷涂层的细小孔洞进行封孔，所制备的Al‑La‑Zr涂层对金属材料进行保护，经测试具有高度的防腐性和耐磨性。该制备方法突破了传统之前涂层处理的耐磨不防腐，防腐不耐磨的缺点。

Description

一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种涂层的制备方法，特别涉及一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法。
背景技术
金属材料的主要损失方式为磨损和腐蚀，其造成的经济损失非常巨大，据统计每年全世界有1/10钢材是通过腐蚀、磨损而损耗掉。就我国而言，每年因腐蚀和磨损造成的损失近达4000亿元。因此，为了提高钢材的抗腐蚀耐磨损性能，在金属表面制备防腐耐磨强化的涂层是一种经济且有效的途径。
目前，金属材料的耐磨防腐涂层的制备，一般采用高分子、水泥、特氟龙、搪瓷片等材料在金属材料表层冷喷涂或者其他处理一层涂层，从而使金属材料与外界隔离而达到耐磨防腐的效果。但这些材料都具有相应的缺点，高分子材料不耐磨；水泥的防腐性效果低；特氟龙防腐性好，但耐磨性以及牢度性能差；搪瓷片不连续，在粘结处易受腐蚀和磨损，且容易爆瓷等。热喷技术也越来越成为热点，热喷技术有等离子喷涂、超音速喷涂、电弧喷涂、火焰枪喷涂等。等离子与超音速喷涂不利于现场施工，且成本较高；电弧喷涂只能喷涂导电的金属丝材，而金属防腐效果不理想；火焰枪喷涂适用性强，成本较低，且可以喷涂各种粉体，例如：金属粉体、合金粉体、金属氧化物粉体等。目前所用的喷涂粉体一般为金属粉或合金喷涂在金属表面，这种涂层易被氧化且耐磨性不好；单一的金属氧化物粉体熔点较高，例如Al2O3熔点2054℃，La2O3熔点2217℃，ZrO2熔点2700℃，而火焰喷涂只能喷涂熔点较低的金属或者金属氧化物，而一般而言，熔点越低，化学稳定性能、机械性能越差，反之亦然。火焰喷涂喷涂高熔点的物质成为一个难题。
发明内容
鉴于上述金属材料的耐磨防腐涂层的缺陷，本发明提供一种金属表面耐磨防腐涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法技术方案，包括如下步骤：
(1)制备Al-La-Zr粉体，包括如下步骤：
A-1将粉体La2O3、ZrO2和Al2O3按照重量比2～12：1～6：2～12加去离子水混合均匀，然后球磨，得到分散均匀的浆料，
A-2将前述得到浆料通过喷雾干燥得到Al-La-Zr球形粉体，
(2)Al-La-Zr粉体对金属材料进行喷涂处理，包括如下步骤：
B-1将前述制备得到的Al-La-Zr球形粉体通过火焰喷枪，喷涂到金属材料的表面，粉体在金属材料表面形成一层涂层，
B-2将喷涂好的金属材料，浸泡在硅溶胶里面一段时间，然后在一定温度保温后缓慢降温，得到密封和表面光滑的陶瓷涂层。
本发明的一优选技术方案中，A-1步骤中，在球磨时加入分散剂，所述分散剂选自PVA或聚乙醇6000，分散剂固含量为0.2～0.5％。
本发明的一优选技术方案中，粉体La2O3、ZrO2和Al2O3按照重量比2～5：1～3：2～5加去离子水混合均匀，然后球磨1～12h，得到分散均匀的浆料；更优选地，粉体La2O3、ZrO2和Al2O3按照重量比2：1：2加去离子水混合均匀。
本发明的一优选技术方案中，A-2步骤中得到的Al-La-Zr粉体粒径范围为2～100μm，优选为10～35μm。
本发明的一优选技术方案中，在步骤B-1前，先将待喷涂的金属材料通过喷砂处理，去除金属表面附着有油脂、灰尘及氧化皮等污物，且得到的金属表面粗糙适当。
本发明的一优选技术方案中，步骤B-1中，粉体在金属材料表面形成0.05～0.5mm的涂层。
本发明的一优选技术方案中，步骤B-2中，将喷涂好的金属材料，浸泡在硅溶胶里面30min～3h，然后在100℃～300℃保温1h～6h后缓慢降温，从而得到密封和表面光滑的陶瓷涂层。优选地，步骤B-2中，将喷涂好的金属材料，浸泡在硅溶胶里面30min～1h，然后在200℃～300℃保温5h～6h后缓慢降温，从而得到密封和表面光滑的陶瓷涂层。
本发明为克服现有技术存在的缺陷，将Al2O3，La2O3，ZrO2粉体以及分散剂按照一定比例混合进行球磨，通过喷雾干燥制备Al-La-Zr粉体，然后通过火焰枪将粉体喷到金属材质表面，形成一层陶瓷涂层，然后将用硅溶胶、铝溶胶等将陶瓷涂层的细小孔洞进行封孔，所制备的Al-La-Zr涂层对金属材料进行保护，经测试具有高度的防腐性和耐磨性。该制备方法突破了传统之前涂层处理的耐磨不防腐，防腐不耐磨的缺点。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明所使用的Al2O3，La2O3，ZrO2粉体等熔点高，化学性能稳定，机械性能优越。所制备的Al-La-Zr粉体流动性好，分散性好，不易结块，生产工艺简单，稳定性极好，便于操作，易于进行大规模生产。
2、本发明中所得到的涂层，经过W-XM无釉砖耐磨性能测定仪进行测试，所得到的磨损量均小于0.3％，说明Al-La-Zr粉体在耐磨涂层中可以明显提升涂层的耐磨性能。
3、本发明中所得到的涂层，经过盐雾以及耐酸耐碱试验后，并没有发现明显的损坏。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例1的陶瓷涂层耐磨测试；
图2为本发明实施例2的陶瓷涂层耐磨测试；
图3为本发明实施例3的陶瓷涂层耐磨测试。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合附图描述本发明具体实施方式。
实施例1：
取La2O3，ZrO2，Al2O3粉体分别为200g，100g，200g，添加80g(5％)PVA以及1420g去离子水，添加到球磨机中进行球磨7h，球磨结束后所得到浆料；将浆料通过蠕动泵打到喷雾干燥机内，进行喷雾干燥得到球形，颗粒大小在2～100μm的Al-La-Zr粉体；取所制备的Al-La-Zr粉体400g，通过火焰枪对喷砂处理过的5块100*150mm的碳钢进行喷涂，所得到的0.5mm厚的陶瓷涂层，采用W-XM无釉砖耐磨性能测定仪做产品的耐磨性能试验，经过W-XM无釉砖耐磨性能测定仪进行耐磨测试2min，结果如图1。对陶瓷涂层进行耐腐蚀检测，结果如表1，可以看出，没有封孔处理的样品，不具有良好的防腐性能。而五个样品的陶瓷涂层磨损量平均在0.3％，有较好的耐磨性，且五个样品的耐磨性较为均一。
表1陶瓷涂层性能指标
实施例2：
取La2O3，ZrO2，Al2O3粉体分别为200g，100g，200g，添加80g(5％)PVA以及1420g去离子水，添加到球磨机中进行球磨7h，球磨结束后所得到浆料；将浆料通过蠕动泵打到喷雾干燥机内，进行喷雾干燥得到球形，颗粒大小在2～100μm的Al-La-Zr粉体；取所制备的Al-La-Zr粉体400g，通过火焰枪对喷砂处理过的5块100*150mm的碳钢进行喷涂，所得到的0.1mm厚的陶瓷涂层，降温后，放在纳米硅溶胶浸泡30min，经过300℃保温4h，后缓慢降温，得到耐磨防腐的陶瓷涂层，采用W-XM无釉砖耐磨性能测定仪做产品的耐磨性能试验，经过W-XM无釉砖耐磨性能测定仪进行耐磨测试2min，结果如图2。对陶瓷涂层进行耐腐蚀检测，结果如表2，处理较薄的陶瓷涂层，防腐性能一般，五个样品的陶瓷涂层磨损量平均在0.3％，有较好的耐磨性，且五个样品的耐磨性较为均一。
表2陶瓷涂层性能指标
实施例3：
取La2O3，ZrO2，Al2O3粉体分别为200g，100g，200g，添加67g(5％)PVA以及1100g去离子水，添加到球磨机中进行球磨7h，球磨结束后所得到浆料；将浆料通过蠕动泵打到喷雾干燥机内，进行喷雾干燥得到球形，颗粒大小在2～100μm的Al-La-Zr粉体；取所制备的Al-La-Zr粉体400g，通过火焰枪对喷砂处理过的5块100*150mm的碳钢进行喷涂，所得到的0.5mm厚的陶瓷涂层，降温后，放在纳米硅溶胶浸泡30min，经过300℃保温4h，后缓慢降温，得到耐磨防腐的陶瓷涂层，采用W-XM无釉砖耐磨性能测定仪做产品的耐磨性能试验，经过W-XM无釉砖耐磨性能测定仪进行耐磨测试2min，结果如图3。对陶瓷涂层进行耐腐蚀检测，结果如表3，五个样品的陶瓷涂层磨损量平均在0.3％，有较好的耐磨性，且五个样品的耐磨性较为均一。
表3陶瓷涂层性能指标
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备Al-La-Zr粉体，包括如下步骤：
A-1将粉体La2O3、ZrO2和Al2O3按照重量比2～12：1～6：2～12加去离子水混合均匀，然后球磨，得到分散均匀的浆料，
A-2将前述得到浆料通过喷雾干燥得到Al-La-Zr球形粉体，
(2)Al-La-Zr粉体对金属材料进行喷涂处理，包括如下步骤：
B-1将前述制备得到的Al-La-Zr球形粉体通过火焰喷枪，喷涂到金属材料的表面，粉体在金属材料表面形成一层涂层，
B-2将喷涂好的金属材料，浸泡在硅溶胶里面一段时间，然后在一定温度保温后缓慢降温，得到密封和表面光滑的陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，A-1步骤中，在球磨时加入分散剂，所述分散剂选自PVA或聚乙醇6000，分散剂固含量为0.2～0.5％。
3.根据权利要求1所述的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，A-2步骤中得到的Al-La-Zr粉体粒径范围为2～100μm。
4.根据权利要求1所述的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，在步骤B-1前，先将待喷涂的金属材料通过喷砂处理，去除金属表面附着有油脂、灰尘及氧化皮，且得到的金属表面粗糙适当。
5.根据权利要求1所述的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤B-1中，粉体在金属材料表面形成0.05～0.5mm的涂层。
6.根据权利要求1所述的金属表面耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，将喷涂好的金属材料，浸泡在硅溶胶里面30min～3h，然后在100℃～300℃保温1h～6h后缓慢降温，从而得到密封和表面光滑的陶瓷涂层。
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