CN109735831A - 一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在铝合金表面化学镀锡‑插层缓蚀剂离子‑激光熔覆的方法，将表面化学抛光处理的铝合金试样浸泡在混合镀液中，加热反应得锡镀层，用蒸馏水冲洗，室温干燥后，浸泡在硝酸锌溶液中，水浴加热，取出用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，再浸泡于偏钒酸钠溶液中，水浴加热，用去离子水和无水乙醇超声清洗吹干；将水性胶粘剂和沸石分子筛粉末混合，搅拌、超声处理、再搅拌，用筛网过滤掉气泡，将化学镀锡‑插层缓蚀剂离子的铝合金试样浸泡其中，取出，将涂层多余部分刮去，使其涂覆均匀；向混合粉末中加入粘结剂聚乙烯醇，调制成膏状，平铺在分子筛涂层处理的铝合金材料表面，采用激光器对预制涂层进行激光熔覆处理。
Description
技术领域
本发明属于铝合金领域，具体涉及一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法。
背景技术
铝合金作为一种轻金属，应用的领域也十分的广泛，铝合金表面特别容易形成氧化膜以保护铝合金，但是当该氧化膜遭受到永久性破坏时，铝合金的耐蚀性较差问题也就凸显出来了。
铝合金拥有优异的性能，因此广泛应用于多个行业。铝合金表面的氧化铝薄膜可以有效保护铝合金基体被进一步氧化腐蚀，但无法抵御细菌的附着和繁殖，细菌附着在铝合金表面会污染铝合金并对铝合金的各项使用性能造成不良影响。因此实现铝合金抗菌功能化就突显出十分重要的意义。铝合金抗菌改性方法主要包括制备合金型抗菌铝合金和铝合金表面抗菌改性，合金化过程复杂且不环保，还会引起铝合金组织成分改变，且可选抗菌成分有限；铝合金表面抗菌改性的常见方法是在铝合金表面涂覆抗菌涂层，然而涂层易脱落，这制约了该种方法的使用。因此研究简单易行、结合稳定、对基材本身力学性能影响小的铝合金表面抗菌改性方法具有十分重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，依照该方法改性处理的铝合金具有优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）铝合金表面化学镀锡和插层缓蚀剂离子的方法：
将表面化学抛光处理的铝合金试样浸泡在混合镀液中，用磷酸调节pH为11-12，在50-60℃下反应15-20min，得到锡镀层，用蒸馏水冲洗，室温干燥后，
浸泡在硝酸锌溶液中，在80-85℃水浴中加热3-4h，取出，用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，再浸泡于pH为7的偏钒酸钠溶液中，在45-50℃水浴中加热2-3h，用去离子水和无水乙醇超声清洗吹干；
在碱性条件下，通过化学浸镀法在铝合金表面制备了镀锡层，得到了均匀、致密的金属锡镀层，镀层的存在能明显提高铝合金在氯化钠溶液中的耐蚀性；再采用原位生长的方法，在铝合金表面制备了层间含硝酸根的层状双金属氢氧化物层，然后将偏钒酸根缓蚀剂离子插入其层板间，在铝合金表面制备了插层缓蚀剂离子的保护层，能够完全覆盖在铝合金表面，能够明显提高铝合金的耐腐蚀性能，可用于铝合金表面的防腐蚀保护；
（2）铝合金表面分子筛涂层的制备：
将40-50份水性胶粘剂和4-6份沸石分子筛粉末混合，搅拌30-35min后超声处理2-4min，再搅拌10-20min，用筛网过滤掉气泡，将（1）中处理所得铝合金试样浸泡其中1-2h，取出，将涂层多余部分刮去，使其涂覆均匀；
对铝合金试样进行了化学抛光表面处理，通过改善铝基体的表面状态，在水性胶粘剂中加入分子筛，在铝合金表面成功制备了分子筛涂层，获得的分子筛涂层均匀性好，分子筛涂层能有效地阻隔腐蚀介质与基体表面的接触，从而起到减缓铝合金腐蚀速率的作用；
（3）金属陶瓷复合涂层熔覆材料的制备：
由40-50份纯铝粉、40-50份雾化镍粉和4-6份氧化铝陶瓷粉末、3-4份二氧化钛陶瓷粉末组成混合粉末，加入0.2-0.3份粘结剂聚乙烯醇，调制成膏状，平铺在（2）中所得铝合金材料表面，厚度为0.8-1mm，采用激光器对预制涂层进行激光熔覆处理。
进一步的，步骤（1）中铝合金试样化学抛光表面处理工艺：将铝合金加工成所需尺寸，先用酒精棉进行擦拭，再用砂纸打磨，并用去离子水清洗，将试样放入质量分数为4-6%的NaOH溶液中，在60-65℃下进行浸蚀处理30-40s，取出，用去离子水清洗后，用乙醇超声清洗，烘干。
进一步的，步骤（1）中混合镀液由30-40g/L锡酸钠、10-15g/L四水合酒石酸钾钠、10-15g/L焦磷酸钠组成；硝酸锌溶液浓度为0.004-0.006mol/L，偏钒酸钠溶液浓度为0.01-0.02mol/L。
进一步的，步骤（3）中纯铝粉粒径为100-200目，雾化镍粉粒径为150-300目，氧化铝陶瓷粉末粒径为150-300目，二氧化钛陶瓷粉末粒径为150-300目。
进一步的，步骤（3）中激光熔覆处理工艺参数为：电流200-220A、扫描速度200-300mm/min、脉宽3-5ms、频率7-9Hz、光斑直径1-3mm、氩气流量10-20L/min、搭接率30-40%。
本发明相比现有技术具有以下优点：
应用脉冲激光器在铝合金表面制备了复合涂层，氧化铝和二氧化钛陶瓷颗粒的加入使涂层宏观成形质量明显提高，表面平整光滑、波纹均匀，熔覆层枝晶间距减小，组织结构明显细化；在复合涂层中，具有较高硬度的硬质相含量增大，高硬度氧化铝和良好韧性的二氧化钛、镍钛金属间化合物在复合涂层内部形成，在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的镍钛金属间化合物共同作用下，铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。
具体实施方式
实施例1
一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）铝合金表面化学镀锡和插层缓蚀剂离子的方法：
将表面化学抛光处理的铝合金试样浸泡在混合镀液中，用磷酸调节pH为11，在50℃下反应20min，得到锡镀层，用蒸馏水冲洗，室温干燥后，浸泡在硝酸锌溶液中，在80℃水浴中加热4h，取出，用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，再浸泡于pH为7的偏钒酸钠溶液中，在45℃水浴中加热3h，用去离子水和无水乙醇超声清洗吹干；
其中，铝合金试样化学抛光表面处理工艺：将铝合金加工成所需尺寸，先用酒精棉进行擦拭，再用砂纸打磨，并用去离子水清洗，将试样放入质量分数为4%的NaOH溶液中，在60℃下进行浸蚀处理40s，取出，用去离子水清洗后，用乙醇超声清洗，烘干；
混合镀液由30g/L锡酸钠、10g/L四水合酒石酸钾钠、10g/L焦磷酸钠组成；硝酸锌溶液浓度为0.004mol/L，偏钒酸钠溶液浓度为0.01mol/L；
（2）铝合金表面分子筛涂层的制备：
将40份水性胶粘剂和4份沸石分子筛粉末混合，搅拌30min后超声处理2min，再搅拌10min，用筛网过滤掉气泡，将（1）中处理所得铝合金试样浸泡其中1h，取出，将涂层多余部分刮去，使其涂覆均匀；
（3）金属陶瓷复合涂层熔覆材料的制备：
由40份纯铝粉、40份雾化镍粉和4氧化铝陶瓷粉末、3二氧化钛陶瓷粉末组成混合粉末，加入0.2粘结剂聚乙烯醇，调制成膏状，平铺在（2）中所得铝合金材料表面，厚度为0.8mm，采用激光器对预制涂层进行激光熔覆处理；
其中，纯铝粉粒径为100目，雾化镍粉粒径为150目，氧化铝陶瓷粉末粒径为150目，二氧化钛陶瓷粉末粒径为150目；
激光熔覆处理工艺参数为：电流200A、扫描速度200mm/min、脉宽3ms、频率7Hz、光斑直径1mm、氩气流量10L/min、搭接率30%。
实施例2
一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）铝合金表面化学镀锡和插层缓蚀剂离子的方法：
将表面化学抛光处理的铝合金试样浸泡在混合镀液中，用磷酸调节pH为12，在60℃下反应15min，得到锡镀层，用蒸馏水冲洗，室温干燥后，浸泡在硝酸锌溶液中，在85℃水浴中加热3h，取出，用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，再浸泡于pH为7的偏钒酸钠溶液中，在50℃水浴中加热2h，用去离子水和无水乙醇超声清洗吹干；
其中，铝合金试样化学抛光表面处理工艺：将铝合金加工成所需尺寸，先用酒精棉进行擦拭，再用砂纸打磨，并用去离子水清洗，将试样放入质量分数为6%的NaOH溶液中，在65℃下进行浸蚀处理30s，取出，用去离子水清洗后，用乙醇超声清洗，烘干；
混合镀液由40g/L锡酸钠、15g/L四水合酒石酸钾钠、15g/L焦磷酸钠组成；硝酸锌溶液浓度为0.006mol/L，偏钒酸钠溶液浓度为0.02mol/L；
（2）铝合金表面分子筛涂层的制备：
将50份水性胶粘剂和6份沸石分子筛粉末混合，搅拌35min后超声处理4min，再搅拌20min，用筛网过滤掉气泡，将（1）中处理所得铝合金试样浸泡其中2h，取出，将涂层多余部分刮去，使其涂覆均匀；
（3）金属陶瓷复合涂层熔覆材料的制备：
由50份纯铝粉、50份雾化镍粉和6份氧化铝陶瓷粉末、4份二氧化钛陶瓷粉末组成混合粉末，加入0.3份粘结剂聚乙烯醇，调制成膏状，平铺在（2）中所得铝合金材料表面，厚度为1mm，采用激光器对预制涂层进行激光熔覆处理。
其中，纯铝粉粒径为200目，雾化镍粉粒径为300目，氧化铝陶瓷粉末粒径为300目，二氧化钛陶瓷粉末粒径为300目；
激光熔覆处理工艺参数为：电流220A、扫描速度300mm/min、脉宽5ms、频率9Hz、光斑直径3mm、氩气流量20L/min、搭接率40%。
按照本发明方法改性处理的铝合金试样具有优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，所制得的复合涂层显微硬度平均可达650HV0.2、磨损体积仅为铝合金基体的1/9，涂层的腐蚀电位-0.569 V，腐蚀电流密度降低了两个数量级，表现出优异的防腐性能。
Claims (5)
1.一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：
（1）铝合金表面化学镀锡和插层缓蚀剂离子的方法：
将表面化学抛光处理的铝合金试样浸泡在混合镀液中，用磷酸调节pH为11-12，在50-60℃下反应15-20min，得到锡镀层，用蒸馏水冲洗，室温干燥后，
浸泡在硝酸锌溶液中，在80-85℃水浴中加热3-4h，取出，用去离子水和无水乙醇超声清洗干净，再浸泡于pH为7的偏钒酸钠溶液中，在45-50℃水浴中加热2-3h，用去离子水和无水乙醇超声清洗吹干；
（2）铝合金表面分子筛涂层的制备：
将40-50份水性胶粘剂和4-6份沸石分子筛粉末混合，搅拌30-35min后超声处理2-4min，再搅拌10-20min，用筛网过滤掉气泡，将（1）中处理所得铝合金试样浸泡其中1-2h，取出，将涂层多余部分刮去，使其涂覆均匀；
（3）金属陶瓷复合涂层熔覆材料的制备：
由40-50份纯铝粉、40-50份雾化镍粉和4-6份氧化铝陶瓷粉末、3-4份二氧化钛陶瓷粉末组成混合粉末，加入0.2-0.3份粘结剂聚乙烯醇，调制成膏状，平铺在（2）中所得铝合金材料表面，厚度为0.8-1mm，采用激光器对预制涂层进行激光熔覆处理。
2.根据权利要求1所述的一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，步骤（1）中铝合金试样化学抛光表面处理工艺：
将铝合金加工成所需尺寸，先用酒精棉进行擦拭，再用砂纸打磨，并用去离子水清洗，将试样放入质量分数为4-6%的NaOH溶液中，在60-65℃下进行浸蚀处理30-40s，取出，用去离子水清洗后，用乙醇超声清洗，烘干。
3.根据权利要求1所述的一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，步骤（1）中混合镀液由30-40g/L锡酸钠、10-15g/L四水合酒石酸钾钠、10-15g/L焦磷酸钠组成；硝酸锌溶液浓度为0.004-0.006mol/L，偏钒酸钠溶液浓度为0.01-0.02mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，步骤（3）中纯铝粉粒径为100-200目，雾化镍粉粒径为150-300目，氧化铝陶瓷粉末粒径为150-300目，二氧化钛陶瓷粉末粒径为150-300目。
5.根据权利要求1所述的一种在铝合金表面化学镀锡-插层缓蚀剂离子-激光熔覆的方法，其特征在于，步骤（3）中激光熔覆处理工艺参数为：电流200-220A、扫描速度200-300mm/min、脉宽3-5ms、频率7-9Hz、光斑直径1-3mm、氩气流量10-20L/min、搭接率30-40%。
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