CN110903719A - 一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层及其制备方法，包括下述几个步骤：(1)将稀土氧化物、SiC粉末、催干剂、高分子树脂按一定比例混合；(2)将混合料在保护气氛下加热到一定温度，保温一定时间；(3)停止加热后继续通入保护气，直至浆料冷却至室温；(4)将所得固体浆料制成粉末，(5)采用热喷涂工艺喷涂于所需防护的金属零件上。本专利提供的用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，防腐能力优异，与基体附着能力强，能够有效提高钢铁材料表面性能。

Description

一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子基复合材料领域，具体涉及一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层及其制备方法。
背景技术
目前钢铁材料是使用量最大、使用范围最广的的材料，在可预期的未来，仍然没有其他材料可以完全代替钢铁材料。相比于其他材料，钢铁材料具有综合性能好、价格低廉、资源丰富、回收率高等优点。日常生活和工业生产中大部分的金属零件由钢铁材料制成，防腐与表面改善一直是人们密切关注的问题。由于钢铁材料中铁元素活泼的化学性质，除了少数不锈钢以外，其他钢铁材料都面临腐蚀与表面磨损问题。如铸铁材料，由于石墨相的存在，铸铁材料中存在非常严重的电化学腐蚀问题。常规的表面处理方法为金属电镀，油漆喷涂等，但存在附着力弱、防腐能力弱、表面性能改善不明显、污染严重等缺点。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属防护涂层及其制备方法，本发明的具体内容如下：
本发明的其中有个目的在于提供一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，其技术点在于：所述稀土金属防护涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物5～15份、SiC粉末7～12份、催干剂3～6份、高分子树脂67～85份。
在本发明的有的实施例中，所述催干剂为CeCl3稀土催干剂。
在本发明的有的实施例中，所述SiC粉末球径大小为20-35μm。
在本发明的有的实施例中，所述高分子树脂为羟基丙烯酸树脂。
本发明的另外一个目的在意提供一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其技术点在于：所述方法包括如下步骤：
(1)根据比例称取稀土氧化物、SiC粉末、催干剂和高分子树脂原料，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)中所述加热温度为650-750℃，保温时间为4-6小时。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氩气、氦气和氮气中的一种。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(4)所制成粉末孔径为300～500目。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
1、本发明提供的用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，该涂层采用羟基丙烯酸树脂为基体，并添加了稀土氧化物，相对于普通涂料，能够与钢铁材料表面形成更好的附着，提高表面质量；
2、本发明提供的用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，该涂层添加了SiC为增强剂，能够提高钢铁材料表面硬度与耐磨性，相对于普通电镀层，能够减少零部件因为日常使用造成涂层磨损而形成的腐蚀，提高了零件的耐腐蚀性；
3、本发明提供的用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，该涂层添加了CeCl3稀土催干剂，能够加速热喷涂后涂层与钢铁材料基体的结合并形成稳定的涂层，增加零部件喷涂效率。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物6份、SiC粉末10份、CeCl3稀土催干剂5份、羟基丙烯酸树脂80份。
其中，SiC粉末球径大小为25μm。
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配方称取稀土氧化物、SiC粉末、CeCl3稀土催干剂和羟基丙烯酸树脂，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)中所述加热温度为720℃，保温时间为4小时。
其中，步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氮气。
其中，步骤(4)所制成粉末孔径为350目。
其中，步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
实施例2
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物10份、SiC粉末10份、CeCl3稀土催干剂4份、羟基丙烯酸树脂71份。
其中，SiC粉末球径大小为33μm。
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配方称取稀土氧化物、SiC粉末、CeCl3稀土催干剂和羟基丙烯酸树脂，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)中所述加热温度为700℃，保温时间为5小时。
其中，步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氩气。
其中，步骤(4)所制成粉末孔径为400目。
其中，步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
实施例3
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物5份、SiC粉末7份、CeCl3稀土催干剂3份、羟基丙烯酸树脂85份。
其中，SiC粉末球径大小为20μm。
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配方称取稀土氧化物、SiC粉末、CeCl3稀土催干剂和羟基丙烯酸树脂，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)中所述加热温度为650℃，保温时间为6小时。
其中，步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氦气。
其中，步骤(4)所制成粉末孔径为300目。
其中，步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
实施例4
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物15份、SiC粉末12份、CeCl3稀土催干剂6份、羟基丙烯酸树脂67份。
其中，SiC粉末球径大小为35μm。
一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配方称取稀土氧化物、SiC粉末、CeCl3稀土催干剂和羟基丙烯酸树脂，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
在本发明的有的实施例中，所述的步骤(2)中所述加热温度为750℃，保温时间为4小时。
其中，步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氮气。
其中，步骤(4)所制成粉末孔径为500目。
其中，步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
对比例1
在所需防护的钢铁材料零进行氯化钾镀锌处理，使得钢铁材料表面镀锌层。
对比例2
在所需防护的钢铁材料零进行喷涂锌黄防锈，使得钢铁材料零进表面附着防锈漆。
按照如下标准对上述实施例1～4和对比例例1～2进行物理和化学性能测试：
具体试验参照《GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验》和《QB/T 3820-1999轻工产品金属镀层和化学处理层的耐磨试验》。
其中盐雾试验箱中PH值为3.1，氯化钠溶液浓度为52g/L，温度为50℃，试验时间240小时。
其中耐磨试验压力为5N，摩擦材料为含有金刚砂的橡胶轮，摩擦次数100次，测得结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002286507370000081
通过试验结果可以明显看出，本发明相对于钢铁材料传统表面处理方法，具有更好的力学性能和优异的耐化学及耐腐蚀性能，可以很好地保护钢铁材料基体使其不被腐蚀，提高钢铁材料表面耐磨性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，其特征在于：所述稀土金属防护涂层包括如下质量份数的原料：稀土氧化物5～15份、SiC粉末7～12份、催干剂3～6份、高分子树脂67～85份。
2.根据权利要求1所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，其特征在于：所述催干剂为CeCl3稀土催干剂。
3.根据权利要求1所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，其特征在于：所述SiC粉末球径大小为20-35μm。
4.根据权利要求1所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层，其特征在于：所述高分子树脂为羟基丙烯酸树脂。
5.一种用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)根据比例称取稀土氧化物、SiC粉末、催干剂和高分子树脂原料，将其混合均匀得到混合物料，放入容器中；
(2)往步骤(1)所述的容器中通入保护气，待容器中全部充斥所述的保护气体后，边加热所述的混合料，边将容器置于电子加速器中进行辐射搅拌处理得到所述的涂层浆料，处理完成后保温；
(3)保温结束后，停止加热，继续通入保护气，直至涂层浆料冷却至室温停止通保护气；
(4)取出步骤(3)冷却后的涂层浆料，放入球磨机中进行研磨，制成涂层粉末；
(5)采用热喷涂工艺将所步骤(4)制成的涂层粉末喷涂于所需防护的钢铁材料零件上制成表面防护的稀土金属涂层。
6.根据权利要求5所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中所述加热温度为650-750℃，保温时间为4-6小时。
7.根据权利要求5所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)和步骤(3)所述保护气为均为氩气、氦气和氮气中的一种。
8.根据权利要求5所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)所制成粉末孔径为300～500目。
9.根据权利要求5所述用于钢铁材料表面防护的稀土金属涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中热喷涂工艺热源为直流电驱动的等离子电弧。
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