CN111647886A - 一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，涉及铝合金表面处理技术领域；为了解决涂层冷却到室温过程中产生裂纹问题；具体包括如下步骤：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；将铝合金元件处理备用；将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水。本发明以去离子水作为载液，以添加剂作为粘结剂，添加多种金属无机氧化物并进行充分搅拌和碾磨，获得分散均匀的陶瓷涂料，添加复合添加材料和铝粉等，在热处理过程中的进一步氧化产生体积膨胀，以弥补陶瓷涂层在烧结过程中产生的体积收缩，使涂层达到致密化，对涂层起到了增韧作用，提高涂层在铝合金表面的结合力。

Description

一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，尤其涉及一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法。
背景技术
铝合金因其比刚度比强度高、密度低、加工性能优良等特点而被广泛地应用于各行各业，航空航天、军工、汽车工业、船舶工业、通讯工程等行业的不断发展对零件表面的要求越来越高，在铝合金制造过程中，由于添加各种元素以追求高的力学性能和其他方面的综合性能，使得铝合金内部化学成分和组织不均匀，再加上热处理以及加工过程中残余应力的存在，使得铝合金材料在使用环境中极易造成微电池腐蚀，在铝合金的使用环境中，不可避免的存在着潮湿空气，这些潮湿空气会使铝合金表面形成水膜，容易发生点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、剥落腐蚀等形式的破坏。为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，表面处理技术是铝合金使用中不可缺少的一环。
经检索，中国专利申请号为CN201710397988.3的专利，公开了一种铝合金复合陶瓷涂层，包括陶瓷涂层材料，该材料的组成及重量百分含量为：环氧树脂35～55％，亚微米陶瓷颗粒2～16％，纳米氧化物溶胶3～15％，环氧树脂固化剂15～20％，钛白粉5～10％，高分子分散剂1～5％。上述专利中的铝合金复合陶瓷涂层存在以下不足：涂层与基体之间热膨胀系数的差异易造成涂层冷却到室温过程中产生裂纹，影响涂层结合力。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，包括如下步骤：
S1：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；
S2：将铝合金元件处理备用；
S3：将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水，80℃环境下搅拌5分钟，将添加剂加入搅拌机内，继续搅拌8分钟混合，搅拌期间加入复合添加材料，得到陶瓷涂层基料；
S4：利用喷涂设备将陶瓷涂层基料喷涂于铝合金元件表面，流平；
S5：室温干燥成膜后，将基材放入烘烤炉内烧结，控制以10℃/s的升温速度升温到520℃后保温2h，自然冷却。
优选地：所述陶瓷材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铬、铝。
优选地：所述添加剂为硅铬复合溶胶、硅酸钠、硫酸钠、氧化钙。
优选地：所述复合添加材料为氧化亚铁、氧化亚铜，氧化亚铁的含量为少于5％，氧化亚铜的含量控制在20％～25％。
优选地：所述S2中铝合金元件的处理方法，包括如下步骤：
S21：将铝合金元件打磨光滑，用丙酮去除基体表面的油脂杂质；
S22：将元件放入纯度≥95％乙醇中，采用超声波清洗仪清洗；
S23：将铝合金元件浸入含有磷酸二氢铝溶胶的水溶液中2～3min；
S24：取出后用去离子水冲洗，再将铝合金元件浸入10～20g/L氢氧化钠溶液中5分钟。
优选地：所述铝合金元件处理后在8h内涂装，涂刷要求为铝合金元件表面温度高于10℃，环境温度在5～10℃。
优选地：所述S3中陶瓷涂层基料的运输和储存温度控制在5～40℃。
优选地：所述S4中喷涂厚度为2～3mm，喷涂两次。
本发明的有益效果为：
1.以去离子水作为载液，以添加剂作为粘结剂，添加多种金属无机氧化物并进行充分搅拌和碾磨，获得分散均匀的陶瓷涂料，添加复合添加材料和铝粉等，在热处理过程中的进一步氧化产生体积膨胀，以弥补陶瓷涂层在烧结过程中产生的体积收缩，使涂层达到致密化，对涂层起到了增韧作用，提高涂层在铝合金表面的结合力。
2.通过低温烧结可以在铝合金元件表面制备一层致密的陶瓷涂层，制备工艺简单，涂层与基体结合牢靠，性能良好附着力强，韧性好耐高温，长期高温使用下，光泽及颜色稳定，耐刮及防腐性能稳定，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明提出的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法的实施例1流程示意图；
图2为本发明提出的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法的实施例2流程示意图；
图3为本发明提出的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法的实施例3流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；
S2：将铝合金元件处理备用；
S3：将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水，80℃环境下搅拌5分钟，将添加剂加入搅拌机内，继续搅拌8分钟混合，搅拌期间加入复合添加材料，得到陶瓷涂层基料；
S4：利用喷涂设备将陶瓷涂层基料喷涂于铝合金元件表面，流平；
S5：室温干燥成膜后，将基材放入烘烤炉内烧结，控制以10℃/s的升温速度升温到520℃后保温2h，自然冷却。
所述陶瓷材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铬、铝。
所述添加剂为硅铬复合溶胶、硅酸钠、硫酸钠、氧化钙。
所述复合添加材料为氧化亚铁、氧化亚铜，氧化亚铁的含量为少于5％，氧化亚铜的含量控制在20％～25％，氧化亚铁能良好地促进陶瓷颗粒之间、涂层与基体表面之间的固相烧结，氧化亚铜提高涂层强度和界面的结合力，使得陶瓷涂层的烧结性好，涂层致密硬度大，热震性、耐磨性和耐水性好。
所述S2中铝合金元件的处理方法，包括如下步骤：
S21：将铝合金元件打磨光滑，用丙酮去除基体表面的油脂杂质；
S22：将元件放入纯度≥95％乙醇中，采用超声波清洗仪清洗；
S23：将铝合金元件浸入含有磷酸二氢铝溶胶的水溶液中2～3min；
S24：取出后用去离子水冲洗，再将铝合金元件浸入10～20g/L氢氧化钠溶液中5分钟，去除基体表面的油污后，对铝合金元件表面的氧化皮进行去除，最后进行表面碱洗和钝化处理。
进一步的，所述铝合金元件处理后在8h内涂装，涂刷要求为铝合金元件表面温度高于10℃，环境温度在5～10℃，视涂层表干速度作调整，如果铝合金元件表面涂层在＜30min干燥，则可以涂装，5℃以下应停止施工。
所述S3中陶瓷涂层基料的运输和储存温度控制在5～40℃，在干燥通风库房内保存，避免冷冻和暴晒。
进一步的，所述S3中添加剂搅拌期间检查涂料的流动和粘稠状态，如果不成泥团需要继续加入水搅拌直至达到粘稠状态且不流淌。
所述S4中喷涂厚度为2～3mm，喷涂两次，每次完全干燥后再继续喷涂下一次。
本实施例在使用时，以去离子水作为载液，以添加剂作为粘结剂，添加多种金属无机氧化物并进行充分搅拌和碾磨，获得分散均匀的陶瓷涂料，添加复合添加材料和铝粉等，在热处理过程中的进一步氧化产生体积膨胀，以弥补陶瓷涂层在烧结过程中产生的体积收缩，使涂层达到致密化，通过低温烧结可以在铝合金元件表面制备一层致密的陶瓷涂层，涂层与基体结合牢靠，性能良好，附着力强，韧性好，优异的耐高温性能，长期高温使用下，光泽及颜色稳定，优异的耐刮及防腐性能。
实施例2：
一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；
S2：将铝合金元件处理备用；
S3：将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水，80℃环境下搅拌5分钟，将添加剂加入搅拌机内，继续搅拌8分钟混合，搅拌期间加入复合添加材料，得到陶瓷涂层基料；
S4：将铝合金元件浸入陶瓷涂层基料内，取出；
S5：室温干燥成膜后，将基材放入烘烤炉内烧结，控制以10℃/s的升温速度升温到520℃后保温2h，自然冷却。
所述陶瓷材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铬、铝。
所述添加剂为硅铬复合溶胶、硅酸钠、硫酸钠、氧化钙。
所述复合添加材料为氧化亚铁、氧化亚铜，氧化亚铁的含量为少于5％，氧化亚铜的含量控制在20％～25％，氧化亚铁能良好地促进陶瓷颗粒之间、涂层与基体表面之间的固相烧结，氧化亚铜提高涂层强度和界面的结合力，使得陶瓷涂层的烧结性好，涂层致密硬度大，热震性、耐磨性和耐水性好。
所述S2中铝合金元件的处理方法，包括如下步骤：
S21：将铝合金元件打磨光滑，用丙酮去除基体表面的油脂杂质；
S22：将元件放入纯度≥95％乙醇中，采用超声波清洗仪清洗；
S23：将铝合金元件浸入含有磷酸二氢铝溶胶的水溶液中2～3min；
S24：取出后用去离子水冲洗，再将铝合金元件浸入10～20g/L氢氧化钠溶液中5分钟，去除基体表面的油污后，对铝合金元件表面的氧化皮进行去除，最后进行表面碱洗和钝化处理。
进一步的，所述铝合金元件处理后在8h内涂装，涂刷要求为铝合金元件表面温度高于10℃，环境温度在5～10℃，视涂层表干速度作调整，如果铝合金元件表面涂层在＜30min干燥，则可以涂装，5℃以下应停止施工。
所述S3中陶瓷涂层基料的运输和储存温度控制在5～40℃，在干燥通风库房内保存，避免冷冻和暴晒。
进一步的，所述S3中添加剂搅拌期间检查涂料的流动和粘稠状态，如果不成泥团需要继续加入水搅拌直至达到粘稠状态且不流淌。
实施例3：
一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；
S2：将铝合金元件处理备用；
S3：将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水，80℃环境下搅拌5分钟，将添加剂加入搅拌机内，继续搅拌8分钟混合，搅拌期间加入复合添加材料，得到陶瓷涂层基料；
S4：利用毛刷将陶瓷涂层基料刷涂在铝合金元件表面；
S5：室温干燥成膜后，将基材放入烘烤炉内烧结，控制以10℃/s的升温速度升温到520℃后保温2h，自然冷却。
所述陶瓷材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铬、铝。
所述添加剂为硅铬复合溶胶、硅酸钠、硫酸钠、氧化钙。
所述复合添加材料为氧化亚铁、氧化亚铜，氧化亚铁的含量为少于5％，氧化亚铜的含量控制在20％～25％，氧化亚铁能良好地促进陶瓷颗粒之间、涂层与基体表面之间的固相烧结，氧化亚铜提高涂层强度和界面的结合力，使得陶瓷涂层的烧结性好，涂层致密硬度大，热震性、耐磨性和耐水性好。
所述S2中铝合金元件的处理方法，包括如下步骤：
S21：将铝合金元件打磨光滑，用丙酮去除基体表面的油脂杂质；
S22：将元件放入纯度≥95％乙醇中，采用超声波清洗仪清洗；
S23：将铝合金元件浸入含有磷酸二氢铝溶胶的水溶液中2～3min；
S24：取出后用去离子水冲洗，再将铝合金元件浸入10～20g/L氢氧化钠溶液中5分钟，去除基体表面的油污后，对铝合金元件表面的氧化皮进行去除，最后进行表面碱洗和钝化处理。
进一步的，所述铝合金元件处理后在8h内涂装，涂刷要求为铝合金元件表面温度高于10℃，环境温度在5～10℃，视涂层表干速度作调整，如果铝合金元件表面涂层在＜30min干燥，则可以涂装，5℃以下应停止施工。
所述S3中陶瓷涂层基料的运输和储存温度控制在5～40℃，在干燥通风库房内保存，避免冷冻和暴晒。
进一步的，所述S3中添加剂搅拌期间检查涂料的流动和粘稠状态，如果不成泥团需要继续加入水搅拌直至达到粘稠状态且不流淌。
所述S4中刷涂厚度为2～3mm，刷涂两次，每次完全干燥后再继续喷涂下一次。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将陶瓷材料、添加剂、复合添加材料进行干燥、研磨，过200目筛，备用；
S2：将铝合金元件处理备用；
S3：将干粉状的陶瓷粉末倒入搅拌机内，加入去离子水，80℃环境下搅拌5分钟，将添加剂加入搅拌机内，继续搅拌8分钟混合，搅拌期间加入复合添加材料，得到陶瓷涂层基料；
S4：利用喷涂设备将陶瓷涂层基料喷涂于铝合金元件表面，流平；
S5：室温干燥成膜后，将基材放入烘烤炉内烧结，控制以10℃/s的升温速度升温到520℃后保温2h，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述陶瓷材料为二氧化硅、氧化铝、氧化铬、铝。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述添加剂为硅铬复合溶胶、硅酸钠、硫酸钠、氧化钙。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述复合添加材料为氧化亚铁、氧化亚铜，氧化亚铁的含量为少于5％，氧化亚铜的含量控制在20％～25％。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述S2中铝合金元件的处理方法，包括如下步骤：
S21：将铝合金元件打磨光滑，用丙酮去除基体表面的油脂杂质；
S22：将元件放入纯度≥95％乙醇中，采用超声波清洗仪清洗；
S23：将铝合金元件浸入含有磷酸二氢铝溶胶的水溶液中2～3min；
S24：取出后用去离子水冲洗，再将铝合金元件浸入10～20g/L氢氧化钠溶液中5分钟。
6.根据权利要求5所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述铝合金元件处理后在8h内涂装，涂刷要求为铝合金元件表面温度高于10℃，环境温度在5～10℃。
7.根据权利要求6所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述S3中陶瓷涂层基料的运输和储存温度控制在5～40℃。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种铝合金表面抗腐耐磨改性陶瓷涂层制备方法，其特征在于，所述S4中喷涂厚度为2～3mm，喷涂两次。
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