CN109652755A - 一种镁合金表面防腐涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镁合金防腐技术领域。本发明提供了一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)将镁合金基体进行预处理；(2)将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。本发明所提供的制备方法不会使镁合金基体变形，且表面硬度达到760HV0.2，铁基非晶合金防腐涂层的耐蚀性能要远远高于AZ91镁合金基体。

Description

一种镁合金表面防腐涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及镁合金防腐技术领域，尤其涉及一种镁合金表面防腐涂层的制备方法。
背景技术
在金属结构材料中，镁合金是质量较轻的合金之一，拥有较低的密度，有着良好的力学性能，具有较高的比强度和比刚度。镁合金还具有尺寸稳定性好，导热导电性能优良等优点，并且在铸成结构件的时候加工成形难度很低。因此在工业领域中的各个方面都被广泛应用，尤其在航空航天，电子等领域中被密切关注。但镁合金其本身的耐蚀性能和耐磨性能非常差，不能够满足恶劣环境的使用要求，限制了其应用。
目前镁合金表面防护方法主要通过电弧喷涂的方法在镁合金表面制备纯铝涂层，但是由于电弧喷涂的能量过高，会导致镁合金构件产生变形，并且铝涂层的硬度低，耐腐蚀能力也较弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，本发明提供的制备方法不会使镁合金基体变形，且表面防腐涂层硬度大，耐腐蚀性优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将镁合金基体进行预处理；
(2)将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；
所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。
优选的，所述预处理包括依次进行的清洗、喷砂处理和打磨。
优选的，所述喷砂处理为干喷砂处理，所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.65MPa，所述喷砂处理的速度为0.5cm/s，所述喷砂处理的时间为5min。
优选的，所述铁基非晶合金颗粒的粒径为250～300目；所述强化相的粒径为400～700目。
优选的，所述强化相颗粒在待喷涂料中的含量为5～15wt.％。
优选的，所述超音速火焰喷涂的速度为15～25m/min，所述超音速火焰喷涂用氧气的流量为20～50m3/h，所述超音速火焰喷涂用燃油的流量为14～25L/h，所述超音速火焰喷涂的喷距为260～380mm。
优选的，所述燃油为煤油。
优选的，所述超音速火焰喷涂的送粉量为20～50g/min。
优选的，所述超音速火焰喷涂过程中，采用风冷的方式降低镁合金基体的温度。
优选的，所述铁基非晶合金防腐涂层的厚度为300～600μm。
本发明提供了一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)将镁合金基体进行预处理；(2)将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。在本发明中，将镁合金基体升温至60～100℃，并维持镁合金基体在上述温度范围内，喷涂待喷涂料(即铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物)，能够保证镁合金基体不变形。同时涂层中的铁基非晶合金能够保持非晶态，使得所得涂层具有较高的硬度；而强化相的存在进一步提高了涂层的硬度。实验结果表明，本发明所提供的制备方法不会使镁合金基体变形，表面硬度最高可达到760HV0.2，且具有优异的耐蚀性能。
附图说明
图1实施例1～3和对比例1所得含有防腐涂层的镁合金基板的横截面形貌图；
图2实施例1～3和对比例1所得铁基非晶合金防腐涂层的XRD图；
图3实施例1～3和对比例1所得铁基非晶合金防腐涂层的极化曲线；
图4实施例2和对比例1所得铁基非晶合金防腐涂层的显微硬度图。
具体实施方式
本发明提供了一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将镁合金基体进行预处理；
(2)将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；
所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。
本发明将镁合金基体进行预处理。
在本发明中，所述预处理优选包括依次进行的清洗、喷砂处理和打磨。在本发明中，所述预处理过程中的清洗可以将镁合金基体表面的油污去除，而喷砂处理可以将镁合金基体表面的氧化物层去除，而打磨可以将喷砂处理时留下的固体颗粒清除干净，从而得到洁净的镁合金基体，以进一步提高涂层与基体之间的结合力。
在本发明中，所述清洗优选为超声清洗；所述清洗用清洗剂优选为乙醇或丙酮。本发明对所述超声清洗的强度和时间没有特殊限定，本领域技术人员可以根据需要选择。在本发明中，所述清洗能够将镁合金基体表面的油污去除。
在本发明中，所述喷砂处理优选为干喷砂处理；所述喷砂处理所用磨料优选为20#白刚玉砂；所述喷砂处理的压力优选为0.65MPa；所述喷砂处理的速度优选为0.5cm/s；所述喷砂处理的时间优选为5min。
本发明对所述打磨的方式没有特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况对打磨的方式进行调整，能够将镁合金基体表面颗粒清理干净即可。在本发明实施例中，所述打磨优选采用钢刷打磨。
在本发明中，所述喷砂处理和打磨优选在进行喷涂前1～2h内进行。在本发明中，在喷涂前1～2h内对镁合金基体进行喷砂处理和打磨可以避免喷涂前再次生成氧化物层。
预处理完成后，本发明将所述预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。在本发明中，将镁合金基体升温至60～100℃，并在喷涂过程中，维持镁合金基体在上述温度范围内，能够保证镁合金基体不变形，同时涂层中的铁基非晶合金能够保持非晶态，使得所得涂层具有较高的硬度及优异的耐腐蚀性；而强化相的存在进一步提高了涂层的硬度。
本发明对升温至60～100℃的升温速率没有特殊限定，可以为任意升温速率。
在本发明中，所述铁基非晶合金颗粒的粒径优选为250～300目。在本发明中，优选将所述铁基非晶合金颗粒先干燥，再用于喷涂，以提高铁基非晶合金颗粒的流动性。本发明对所述干燥的方式没有特殊限定，能够得到干燥的铁基非晶合金颗粒即可。在本发明实施例中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥的温度优选为100℃；所述干燥的时间优选为1～3h。
在本发明中，所述强化相颗粒的粒径优选为400～700目。
在本发明中，所述强化相颗粒在待喷涂料中的含量优选为5～15wt.％，更优选为9～13wt.％。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂的速度优选为15～25m/min，更优选为20～22m/min；所述超音速火焰喷涂用氧气的流量优选为20～50m3/h，更优选为30～48m3/h；所述超音速火焰喷涂用燃油的流量优选为14～25L/h，更优选为16～20L/h；所述超音速火焰喷涂的喷距优选为260～380mm，更优选为300～330mm。
本发明对所述超音速火焰喷涂的时间没有特殊限定，本领域技术人员可以根据对防腐涂层的厚度要求，调节超音速火焰喷涂的时间。在本发明实施例中，所述铁基非晶合金防腐涂层的厚度优选为300～600μm。
在本发明中，所述燃油优选为煤油。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂的送粉量优选为20～50g/min，更优选为30～40g/min。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂过程中，优选采用风冷的方式降低镁合金基体的温度。在本发明中，所述风冷能够减缓镁合金基体的升温速率以更好的维持镁合金基体的温度为60～100℃。
在本发明中，优选采用如下方法维持所述镁合金基体的温度为60～100℃：当镁合金基体的温度达到100℃时，停止超音速火焰喷涂，待所述镁合金基体的温度降至60℃，继续超音速火焰喷涂。
下面结合实施例对本发明提供的一种镁合金表面防腐涂层的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将AZ91镁合金基板置于乙醇中进行超声清洗；
(2)在喷涂前1h，将超声清洗后的AZ91镁合金基板进行干喷砂处理，所述喷砂处理所用磨料为20#白刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.65MPa，所述喷砂处理的速度为0.5cm/s，所述喷砂处理的时间为5min；
(3)使用钢刷将干喷砂处理后的AZ91镁合金基板表面打磨干净，去除颗粒物，得到洁净的AZ91镁合金基板；
(4)将250～300目的铁基非晶合金颗粒在100℃的真空条件，干燥1h，得到干燥的铁基非晶合金颗粒；
(5)将步骤(3)得到的AZ91镁合金基板固定；以所述步骤(4)所得干燥的铁基非晶合金颗粒和碳化钨颗粒为待喷涂料，所述强化强的目数为400～700目；所述强化相在待喷涂料中的含量为5wt.％；将待喷涂料装入超音速火焰喷涂设备；
(6)将AZ91镁合金基板升温至60℃，在所述AZ91镁合金基板表面进行超音速火焰喷涂，同时对AZ91镁合金基板进行风冷，当AZ91镁合金基板的温度达到100℃时，停止超音速火焰喷涂，待AZ91镁合金基板的温度降至60℃时，继续超音速火焰喷涂，如此重复，直至在AZ91镁合金基板表面得到厚度为500μm的铁基非晶防腐涂层；所述超音速火焰喷涂的喷距为320mm，所用氧气的流量为46m3/h，所用煤油的流量为15L/h，所用喷枪尺寸5英寸，超音速火焰喷涂的速度为22m/min，送粉量35g/min。
实施例2
采用实施例1所述的方法制备防腐涂层，将碳化钨在待喷涂料中的含量修改为10wt.％，其他条件与实施例1相同。
实施例3
采用实施例1所述的方法制备防腐涂层，将碳化钨在待喷涂料中的含量修改为15wt.％，其他条件与实施例1相同。
对比例1
采用实施例1所述的方法制备防腐涂层，以铁基非晶合金颗粒为待喷涂料，其他条件与实施例1相同。
对实施例1～3和对比例1所得含有防腐涂层的镁合金基板的横截面的形貌进行表征，结果如图1所示。由图1可知，实施例1～3得到的含有防腐涂层的镁合金基板的防腐涂层与基板结合良好，且与对比例1相比较，强化相的加入并没有破坏涂层的致密度，界面仍然呈典型的层片状结构并且没有通孔的存在，碳化钨颗粒均匀地分布在涂层当中(亮点为碳化钨)。
采用image pro6软件测得到实施例1～3所得防腐涂层的空隙率依次为0.99％、0.89％、1.06％，而对比例1所得防腐涂层的孔隙率为0.9％。
采用电化学工作站测得实施例1～3及对比例1所得防腐涂层的自腐蚀电位依次为-0.697V，-0.690V，-0.697V，-0.702V。说明强化相的加入没有影响防腐涂层的耐腐蚀性。
采用维氏显微硬度计检测实施例2所得防腐涂层的硬度最高为760HV0.2。而对比例1所得防腐涂层的最高硬度为580HV0.2。实施例2的硬度大于对比例1，说明强化相的加入进一步提高了防腐涂层的硬度，从而使得防腐涂层的耐磨性得到提高。
对实施例1～3和对比例1得到的防腐涂层进行XRD表征，结果如图2所示。由图2可知，各防腐涂层在衍射角2θ为44°左右时都出现了非晶相的馒头状漫散射峰，并且没有衍射峰的出现，说明涂层中的铁基非晶合金的非晶态组织含量较高，仅实施例1所得防腐涂层发生了少量晶化，形成FeO。经DSC测试得到铁基非晶合金粉末与防腐涂层的放热焓，通过公式Pcoating＝ΔHcoating/ΔHpowder×100％计算得到实施例1～3所得防腐涂层中非晶态组织含量为88.05％，89.75％，84.9％，具有较高的非晶态组织含量。
测试实施例1～3和对比例1得到的防腐涂层的极化曲线，结果如图3所示，四条曲线基本重合。由图3可知，实施例1～3所得防腐涂层和对比例1所得防腐涂层的自腐蚀电位及钝化膜破裂电位基本相同，钝化区间明显，进一步说明强化相的加入并没有影响防腐涂层的耐腐蚀性能。
对实施例2和对比例1进行显微硬度测试，结果如图4所示。由图4可知，添加10wt.％WC颗粒的涂层最高硬度为760HV0.2，而不添加强化相的最高仅为580HV0.2，表明添加了强化相后能够有效提高防腐涂层的显微硬度，也间接表明了涂层的耐磨性能得到有效地提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种镁合金表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将镁合金基体进行预处理；
(2)将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60～100℃，然后维持镁合金基体的温度为60～100℃，以铁基非晶合金颗粒和强化相颗粒的混合物为待喷涂料，在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在镁合金基体表面得到铁基非晶合金防腐涂层；
所述强化相颗粒为碳化钨、碳化硼或碳化钛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括依次进行的清洗、喷砂处理和打磨。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述喷砂处理为干喷砂处理，所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.65MPa，所述喷砂处理的速度为0.5cm/s，所述喷砂处理的时间为5min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金颗粒的粒径为250～300目；所述强化相颗粒的粒径为400～700目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强化相颗粒在待喷涂料中的含量为5～15wt.％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的速度为15～25m/min，所述超音速火焰喷涂用氧气的流量为20～50m3/h，所述超音速火焰喷涂用燃油的流量为14～25L/h，所述超音速火焰喷涂的喷距为260～380mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述燃油为煤油。
8.根据权利要求1和4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的送粉量为20～50g/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂过程中，采用风冷的方式降低镁合金基体的温度。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金防腐涂层的厚度为300～600μm。
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