CN112501605A - 一种功能型复合冷喷涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:将海绵氧化铝粉末与铝粉进行机械混合,制备混合粉末;其中所述海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为10%~30%,其余为铝粉;对基体表面进行预处理;将混合粉末冷喷涂到基体表面。采用海绵氧化铝和铝粉的混合粉末为冷喷涂材料,海绵氧化铝密度更低,在喷涂过程中可以获得更高的喷涂速度,与基体或涂层的结合力更强。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷喷涂技术领域,特别涉及一种功能型复合冷喷涂层的制备方法。
背景技术
镁铝合金密度小,比强度和比刚度高,而且具有较好的切削性能,对航空、航天、汽车及电子等领域的轻量化设计有重要意义。但是,镁铝合金耐腐蚀性能和耐磨性能较差,阻碍了其广泛应用。
对镁铝合金进行表面处理是改善其防腐防磨性能的常用手段。表面喷涂是工业应用最广泛的表面防护方法。其中冷喷涂是建立在合理利用空气动力学原理基础上的一种新型喷涂技术。该技术以高压气体如氦气、氮气、氩气或空气为载体,通过缩放喷嘴加速,使喷涂颗粒速度达到300~1200m/s,在固态下高速撞击基体表面,主要依靠大的塑性变形而形成涂层。由于喷涂材料的粉末离子在非氧化性气流束中加速,气流温度较低,对基体的热影响小。因此冷喷涂是一种适合镁铝合金的表面改性的喷涂方法。在镁铝合金表面通过冷喷涂铝基复合材料,在制备冷喷涂铝涂层时,引入适量陶瓷颗粒或采取合金化措施制备铝基复合材料涂层,不仅可以保持铝涂层优良的耐腐蚀性,同时还可使涂层具有较高的硬度、强度和耐磨性能。Spencer等(SPENCER K,FABIJANIC D M,ZHANG M X.The Use ofAl-Al2O3,Cold Spray Coatings to Improve the Surface Properties of Magnesium Alloys[J].Surface&Coatings Technology,2009,204(3):336-344.)在铝镁合金基体上制备了不同含量的氧化铝-铝复合涂层,试验结果表明氧化铝的加入可以提高涂层的致密性,从而使该复合涂层具有耐腐蚀、耐磨的功能。但是铝粉颗粒和氧化铝颗粒间密度差异使在它们在相同的喷涂条件下,速度相差较大。当密度较小的铝粉的速度达到临界速度时,氧化铝陶瓷颗粒的速度较小,与基体或涂层的结合力较弱,不能有效地沉积在基体或涂层中。为了提高氧化铝陶瓷粉末的速度,需要对喷涂粉末加热或采用更高压力的气体,使喷涂成本大幅增加。
发明内容
基于此,有必要提供一种功能型复合冷喷涂层及其制备方法,该涂层以海绵氧化铝和铝粉为喷涂粉末,解决了在低成本的喷涂条件下,氧化铝粉末在铝粉和氧化铝复合涂层中沉积效果差的问题。
本发明针对现有技术中存在的技术问题,提供了一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:
将海绵氧化铝粉末与铝粉进行机械混合,制备混合粉末;其中所述海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为10%~30%,其余为铝粉;
对基体表面进行预处理;
将混合粉末冷喷涂到基体表面。
优选地,所述海绵氧化铝为纤维状氧化铝,纤维长度为1-3μm,纤维宽度为400-500nm,比表面积为300-350m2/g。
采用纤维状的海绵氧化铝时,由于其特殊的形状及更低的密度,使其在气流加速过程中可以获得比常规的球状氧化铝更大的拖拽力,从而获得更快的速度,纤维状的氧化铝与基材或涂层之间的接触面积更大,无须采用更苛刻的喷涂条件就可以使氧化铝具有更强的结合力。
优选地,所述铝粉为球形颗粒,粒径为20~50μm。
采用球状铝粉可以起到了润滑作用,使喷涂粉末流动性更好,不易堵枪。
优选地,所述铝粉纯度在99.95%以上。
在一些实施例中,所述冷喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气或空气,喷涂压力为2.2~2.5Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为10~30mm,送粉速度为10~30g/min。
在一些实施例中,所述对基体表面进行预处理方法为:喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
在一些实施例中,所述基材为镁铝合金。
本发明的另一个目的为提供一种用上述功能型复合冷喷涂层的制备方法制备的功能型复合冷喷涂涂层。
本发明的有益效果是:
(1)采用海绵氧化铝和铝粉的混合粉末为冷喷涂材料,海绵氧化铝密度更低,在喷涂过程中可以获得更高的喷涂速度,与基体或涂层的结合力更强。
(2)本发明制备的涂层为铝和氧化铝的复合涂层,是一种具有防腐和防磨的功能型涂层。
(3)本发明无需采用昂贵的氦气作为加速气体,气体的压力与温度相对较低,通过便携式的冷喷涂设备就可以实现,增大了施工灵活性。
具体实施方式
实施例中的海绵氧化铝采用现有技术(可参考授权公告号为CN108383144 B的专利、CN 106830898 B)制备。实施例中采用的海绵氧化铝为纤维状的海绵氧化铝,纤维长度为3μm,纤维宽度为500nm。
实施例和对比例中未特别说明的原料采用市售商品。基材为AZ31B镁铝合金,厚度为2cm。铝粉纯度为99.95%。
实施例和对比例中未进行详细说明的步骤采用本技术领域的常规工艺进行。
实施例1
本实施例提供了一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.将纤维状海绵氧化铝粉末与铝粉在搅拌机中混合均匀,制备混合粉末;其中海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为10%,其余为球状铝粉,粒径为20μm。
S2.对基体表面进行预处理;喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
S3.将步骤S1制备的混合粉末冷喷涂到经步骤S2预处理的基体表面,喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气,喷涂压力为2.2Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为30mm,送粉速度为30g/min。
实施例2
本实施例提供了一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.将纤维状海绵氧化铝粉末与铝粉在搅拌机中混合均匀,制备混合粉末;其中海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为20%,其余为球状铝粉,粒径为35μm。
S2.对基体表面进行预处理;喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
S3.将步骤S1制备的混合粉末冷喷涂到经步骤S2预处理的基体表面,喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气,喷涂压力为2.3Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为20mm,送粉速度为20g/min。
实施例3
本实施例提供了一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.将纤维状海绵氧化铝粉末与铝粉在搅拌机中混合均匀,制备混合粉末;其中海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为30%,其余为球状铝粉,粒径为50μm。
S2.对基体表面进行预处理;喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
S3.将步骤S1制备的混合粉末冷喷涂到经步骤S2预处理的基体表面,喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气,喷涂压力为2.5Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为10mm,送粉速度为10g/min。
对比例1
本对比例提供了一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.将球形氧化铝粉末与铝粉在搅拌机中混合均匀,制备混合粉末;其中球形氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为20%,粒径为,粒径为其余为球状铝粉,粒径为35μm。
S2.对基体表面进行预处理;喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
S3.将步骤S1制备的混合粉末冷喷涂到经步骤S2预处理的基体表面,喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气,喷涂压力为2.3Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为20mm,送粉速度为20g/min。
实验例1电化学性能实验
对各涂层进行动电位极化测试,试验周期30d,扫描范围为-250mV~1000mV(vs.OCP),扫描速率为0.3333mV/s,之后采用C-View软件对所测极化曲线进行拟合,得到各样品的实验结果参数。
实验例2孔隙率
实施例1~3和对比例1制备的复合涂层参照ASTME2109-200标准测试孔隙率。
实验例3结合强度
复合涂层与基体表面的结合强度测试方法:在直径为25mm的标准圆片形AZ31B镁铝合金基体表面制备本例所述复合涂层,在复合涂层和基体外表面粘结圆棒,采用拉力试验机将复合涂层和基体拉开,测试出结合强度。检测结果见表1。
表1检测结果
从表1中可以看出,在相同的喷涂工艺下,采用海绵氧化铝粉末与常规的氧化铝粉末相比,涂层具有绝对值更小的自腐蚀电位,更小的自腐蚀电流密度,更低的孔隙率和更高的结合强度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将海绵氧化铝粉末与铝粉进行机械混合,制备混合粉末;其中所述海绵氧化铝粉末占所述混合粉末体积比为10%~30%,其余为铝粉;
对基体表面进行预处理;
将混合粉末冷喷涂到基体表面。
2.根据权利要求1所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述海绵氧化铝为纤维状氧化铝,纤维长度为1-3μm,纤维宽度为400-500nm,比表面积为300-350m2/g。
3.根据权利要求1所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述铝粉为球形颗粒,粒径为20~50μm。
4.根据权利要求3所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述铝粉纯度在99.95%以上。
5.根据权利要求1~4所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述冷喷涂工艺参数为:采用气体为压缩氮气或空气,喷涂压力为2.2~2.5Mpa,喷嘴前端距基材表面距离为10~30mm,送粉速度为10~30g/min。
6.根据权利要求1~4所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述对基体表面进行预处理方法为:喷涂前用丙酮对基体表面进行清洗并烘干,再采用直径为0.4~0.7mm刚玉砂,在压缩空气压力为0.6MPa的条件下对基体表面进行喷砂粗化处理,使粗糙度达到Ra1.0~3.8μm。
7.根据权利要求1~4所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法,其特征在于,所述基材为镁铝合金。
8.一种由权利要求1~4任意一项所述的功能型复合冷喷涂层的制备方法制备的功能型复合冷喷涂涂层。
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