CN107245718A - 一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法 - Google Patents

一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，包括以下操作步骤：（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至120‑140℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至340‑360℃，持续5‑6小时后，停止加热，让其自然冷却至90‑100℃时，取出铝合金基体；（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为50‑70μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用350‑400℃的温度烧结4‑6min，冷却后制得成品。采用本发明提供的方法制得的搪瓷涂层制得的搪瓷涂层耐磨性能、耐腐蚀性能和抗机械冲击能力优异，极大地提升了铝合金制品的品质。

Description

一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金表面处理领域，具体涉及一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法。
背景技术
铝合金具有质轻、比强度大、易强化、导热导电性能好、塑性及成形性好、无低温脆性等优点，可作为理想的结构材料，被广泛的应用于汽车、飞机、电子、通信、船舶、建筑等领域，达到轻量化、节能、舒适、环保的效果，成为当今世界除钢铁以外使用最为广泛的金属。搪瓷釉用于涂搪在金属坯体上、组成为碱-硼-硅酸盐系的玻璃态物质。将搪瓷釉涂搪在金属坯体上，经烧成后能同坯体牢固结合，对坯体具有保护作用和装饰作用。由于铝合金与搪瓷的热膨胀系数存在较大差异，两者界面处容易形成过大的应力，导致瓷面裂纹或脱瓷现象。为了解决这个问题，目前常采用对铝合金阳极氧化预处理和Ni/Al喷涂打底层预处理，在铝合金表面形成致密的起过渡作用的膜，从而缩小两者之间的膨胀系数差异；或者采用提高搪瓷釉料中Na2O，K2O，Li2O等的含量，进而提高瓷釉的膨胀系数的方法。但是这两种方法，在实际应用时，效果不是很明显，制得的搪瓷涂层，依然容易脱落，因此急需探求一种使得搪瓷涂层在铝合金表面结合更加牢固的铝合金表面搪瓷涂层的制备方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至120-140℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至340-360℃，持续5-6小时后，停止加热，让其自然冷却至90-100℃时，取出铝合金基体；
（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为50-70μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用350-400℃的温度烧结4-6min，冷却后制得成品，其中釉浆由以下重量份的组分制成：基体剂60-70份、助熔剂5-7份、密着剂10-15份、丁酸钴皂1-2份、蓖麻酸钠皂3-5份、六铝酸钙4-5份、碳化硼6-8份、磷酸二氢铝2-4份、水40-50份。
具体地，上述步骤（1）中除铝合金基体表面氧化膜的方法为：将铝合金基体放入体积分数为3%的盐酸溶液中，浸泡5-7min，然后立即用水清洗铝合金基体。
具体地，上述步骤（2）中的釉浆采用以下方法制成：将基体剂、助熔剂、密着剂、丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂、六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝放入球磨机中，机械混合4-6小时后，倒出，向其中加入水，搅拌均匀后，制得釉浆。
具体地，所述基体剂包括氧化硅、氧化锆、氧化钛，所述助熔剂包括氧化钠、氧化钾、氧化硼，所述密着剂包括氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锑、氧化钼。
具体地，上述步骤（2）中釉浆喷涂时压缩空气的压力为2-4kg/cm2。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的方法，在铝合金基体表面制得的搪瓷涂层，表面致密完整，无起皮和开裂的存在，涂层与铝合金基体结合牢固，在使用的过程中不易脱落，并且制得的搪瓷涂层耐磨性能、耐腐蚀性能和抗机械冲击能力优异，极大地提升了铝合金制品的品质。其中，本发明通过在喷涂釉浆前，在铝合金基体表面沉积一层硅薄膜，硅薄膜与搪瓷的热膨胀系数极为相近，有效的解决了铝合金和搪瓷涂层界面处易形成过大应力，导致瓷面裂纹或脱瓷现象，并且硅薄膜与釉浆的结合力强于现有技术中对铝合金阳极氧化预处理和Ni/Al喷涂方法形成的膜与釉浆的结合力，因此制得的搪瓷涂层在铝合金表面结合的更为牢固；釉浆中的丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂协同作用后，能提升搪瓷涂层内分子空间结构上的稳定性，进而使得涂层具有优异的防腐蚀能力；六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝协同作用后，可使得搪瓷层在硅薄膜表面致密均匀的分布，并且可以有效的提升搪瓷层与硅薄膜之间的粘合力，进而增加了搪瓷层的耐磨性能和抗冲击能力；并且本发明中的釉浆中水分含量较少，降低了在烧结过程中，瓷层出现气泡，影响了产品的质量。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明。
实施例1
一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至120℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至340℃，持续5小时后，停止加热，让其自然冷却至90℃时，取出铝合金基体；
（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为50μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用350℃的温度烧结4min，冷却后制得成品，其中釉浆由以下重量份的组分制成：基体剂60份、助熔剂5份、密着剂10份、丁酸钴皂1份、蓖麻酸钠皂3份、六铝酸钙4份、碳化硼6份、磷酸二氢铝2份、水40份。
具体地，上述步骤（1）中除铝合金基体表面氧化膜的方法为：将铝合金基体放入体积分数为3%的盐酸溶液中，浸泡5min，然后立即用水清洗铝合金基体。
具体地，上述步骤（2）中的釉浆采用以下方法制成：将基体剂、助熔剂、密着剂、丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂、六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝放入球磨机中，机械混合4小时后，倒出，向其中加入水，搅拌均匀后，制得釉浆。
具体地，所述基体剂包括氧化硅、氧化锆、氧化钛，所述助熔剂包括氧化钠、氧化钾、氧化硼，所述密着剂包括氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锑、氧化钼。
具体地，上述步骤（2）中釉浆喷涂时压缩空气的压力为2kg/cm2。
实施例2
一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至130℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至350℃，持续5.5小时后，停止加热，让其自然冷却至95℃时，取出铝合金基体；
（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为60μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用370℃的温度烧结5min，冷却后制得成品，其中釉浆由以下重量份的组分制成：基体剂65份、助熔剂6份、密着剂13份、丁酸钴皂1份、蓖麻酸钠皂4份、六铝酸钙4份、碳化硼7份、磷酸二氢铝3份、水45份。
具体地，上述步骤（1）中除铝合金基体表面氧化膜的方法为：将铝合金基体放入体积分数为3%的盐酸溶液中，浸泡6min，然后立即用水清洗铝合金基体。
具体地，上述步骤（2）中的釉浆采用以下方法制成：将基体剂、助熔剂、密着剂、丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂、六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝放入球磨机中，机械混合5小时后，倒出，向其中加入水，搅拌均匀后，制得釉浆。
具体地，所述基体剂包括氧化硅、氧化锆、氧化钛，所述助熔剂包括氧化钠、氧化钾、氧化硼，所述密着剂包括氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锑、氧化钼。
具体地，上述步骤（2）中釉浆喷涂时压缩空气的压力为3kg/cm2。
实施例3
一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至140℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至360℃，持续6小时后，停止加热，让其自然冷却至100℃时，取出铝合金基体；
（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为70μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用400℃的温度烧结6min，冷却后制得成品，其中釉浆由以下重量份的组分制成：基体剂70份、助熔剂7份、密着剂15份、丁酸钴皂2份、蓖麻酸钠皂5份、六铝酸钙5份、碳化硼8份、磷酸二氢铝4份、水50份。
具体地，上述步骤（1）中除铝合金基体表面氧化膜的方法为：将铝合金基体放入体积分数为3%的盐酸溶液中，浸泡7min，然后立即用水清洗铝合金基体。
具体地，上述步骤（2）中的釉浆采用以下方法制成：将基体剂、助熔剂、密着剂、丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂、六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝放入球磨机中，机械混合6小时后，倒出，向其中加入水，搅拌均匀后，制得釉浆。
具体地，所述基体剂包括氧化硅、氧化锆、氧化钛，所述助熔剂包括氧化钠、氧化钾、氧化硼，所述密着剂包括氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锑、氧化钼。
具体地，上述步骤（2）中釉浆喷涂时压缩空气的压力为4kg/cm2。
对比例1
铝合金基体表面不沉积一层硅薄膜，其余步骤与实施例1完全相同。
对比例2
釉浆中不含有丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂，其余步骤与实施例2完全相同。
对比例3
釉浆中不含有六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝，其余步骤与实施例3完全相同。
选取6块材质、大小相同的铝合金板，分别用实施例和对比例中的方法对这6块铝合金板进行处理，然后测量6块铝合金板搪瓷层的耐磨性（参照GTB 3960-1983标准，摩擦时间为1小时）、抗机械冲击性能（参照GB/T 2843-1981的钢球试验法，冲击次数5次）以及耐腐蚀性能，其中耐腐蚀性能的测试方法为：在制得的铝合金板上随机剪取一块长宽均为10cm的小块，测量其初始重量M1（g），然后将其放入体积分数为10%的硫酸溶液中，10小时后，将其取出，烘干，测量其重量M2（g），计算其失重率S=(M1-M2)/100，测量结果如表1所示：
表1铝合金表面搪瓷涂层性能测试结果
项目 平均摩擦系数 质量损失百分比/% 失重率
实施例1 0.389 1.06 0.14
对比例1 0.691 3.58 0.42
实施例2 0.386 1.00 0.11
对比例2 0.401 1.88 0.77
实施例3 0.379 0.97 0.10
对比例3 0.701 3.85 0.21
由表1中的结果可知，本发明提供的铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，制得的搪瓷层耐磨性能、耐冲击性能以及耐腐蚀性能优越，极大地提升了铝合金制品的品质。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
（1）将铝合金基体进行除污除油和除表面氧化膜处理，然后放入真空室中，将真空室内的温度升至120-140℃，预热1小时后，向其中充入甲硅烷气体，继续将真空室内的温度升至340-360℃，持续5-6小时后，停止加热，让其自然冷却至90-100℃时，取出铝合金基体；
（2）立即向铝合金基体表面喷涂厚度为50-70μm的釉浆，将其放入温度为80℃的烘箱中，烘烤40min后，放入电阻炉中，采用350-400℃的温度烧结4-6min，冷却后制得成品，其中釉浆由以下重量份的组分制成：基体剂60-70份、助熔剂5-7份、密着剂10-15份、丁酸钴皂1-2份、蓖麻酸钠皂3-5份、六铝酸钙4-5份、碳化硼6-8份、磷酸二氢铝2-4份、水40-50份。
2.根据权利要求1中所述的一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中除铝合金基体表面氧化膜的方法为：将铝合金基体放入体积分数为3%的盐酸溶液中，浸泡5-7min，然后立即用水清洗铝合金基体。
3.根据权利要求1中所述的一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的釉浆采用以下方法制成：将基体剂、助熔剂、密着剂、丁酸钴皂、蓖麻酸钠皂、六铝酸钙、碳化硼、磷酸二氢铝放入球磨机中，机械混合4-6小时后，倒出，向其中加入水，搅拌均匀后，制得釉浆。
4.根据权利要求3中所述的一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述基体剂包括氧化硅、氧化锆、氧化钛，所述助熔剂包括氧化钠、氧化钾、氧化硼，所述密着剂包括氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锑、氧化钼。
5.根据权利要求1中所述的一种铝合金表面搪瓷涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（2）中釉浆喷涂时压缩空气的压力为2-4kg/cm2。
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