CN114293142A - 一种白铜合金表面耐腐蚀涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种白铜合金表面耐腐蚀涂层及其制备方法，该涂层采用粉末包覆法结合高温扩散热处理工艺制备，通过热处理，升温至渗铝层生长温度，加热过程中伴随着氮气，生长结束后降到一定温度时关闭氮气并随炉冷却，这一过程使得铝源在热力学动力的推力下在白铜合金表面形成一定厚度的并且结合力较强的扩散渗铝层，这个过程包括铝原子向白铜基体扩散过程，还包括镍原子从白铜内部扩散到渗铝层的过程，涂层由内而外随着铝含量的变化形成厚度为120～200μm的扩散渗铝层，本发明获得的白铜表面耐腐蚀涂层可在保证界面结合力的基础上，同时提高白铜合金的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于铜合金表面改性领域，涉及一种高温热处理工艺形成耐腐蚀涂层及其制备方法。
技术背景
随着对海洋资源的进一步探索以及经济发展的需求，对耐腐蚀材料需求也在日益剧增，目前，铜镍合金由于其较高的导热性、良好的机械可操作性，是目前海洋管道材料的主要来源之一，包括沿海发电厂和海水淡化厂的冷凝器和热交换管材料，海洋钻井平台和船舶上的海水管道材料。具有良好的耐海水腐蚀和防污性能、优异的机械延展性和防污性能。但由于深海环境恶劣，白铜合金容易腐蚀，导致海水管道系统失效，造成严重的经济损失和人员伤亡。因此，针对提升白铜合金在海洋环境中的耐腐蚀具有重要意义。采用表面改性技术对白铜合金进行耐腐蚀层的构建是具有很高的研究价值。其中高温热处理渗铝技术处理的工件具有较高的耐腐蚀性，同时还具有较高的耐磨以及结合力。因此提供一种利用渗铝层形成的具有高防腐蚀性能的白铜合金表面改性是非常必要的。
但是涂层的应用主要有两个必须解决的问题：(1)渗层厚度要适中且成形良好；(2)渗层与基体要有良好的界面结合；(3)渗层对白铜合金耐腐蚀的影响。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种白铜合金表面耐腐蚀涂层及其制备方法，所述的白铜合金表面耐腐蚀涂层及其制备方法要解决涂层厚度及成形情况，涂层和白铜合金的结合问题以及渗层对白铜合金的耐腐蚀性影响的技术问题。
本发明的目的之一是提供一种白铜合金表面耐腐蚀涂层，包括白铜合金表面改性结构；所述白铜合金表面改性结构是形成于铜合金基体表面的耐腐蚀的合金结构，所述铜合金表面改性结构包括从表面到内部依次为氧化杂质层、扩散渗铝层和基体；其中所述白铜合金为90/10铜镍合金，所述杂质层厚度为40～60μm，扩散渗铝层厚度为120～200μm。
本发明的另一目的是提供上述的白铜合金表面耐腐蚀涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)白铜合金预处理步骤
采用砂纸逐级对白铜合金表面打磨，然后在无水乙醇中超声清洗，烘箱中烘干，得到打磨后的白铜合金表面；
2)渗铝剂制备步骤
按照质量百分比称取铜铝合金粉，铝粉，氧化铝粉和氯化铵颗粒，所述铜铝合金粉(铜含量60％)，铜铝合金粉含量50～80％，所述铜铝合金粉粒度30～60μm，所述铝粉含量4～6％，铝粉粒度50～70μm，所述氯化铵颗粒含量1～2％，余量为氧化铝粉，氧化铝粒度5～15μm，将所述混合粉末充分机械混合后得到渗铝剂；
3)高温扩散渗铝层制备步骤
选用陶瓷坩埚作为载体，对选用的陶瓷坩埚使用去离子水和无水乙醇交替充分清洗、烘干处理；在处理过的坩埚中平铺一层步骤2)处理得到的渗铝层，将步骤1)处理的白铜合金包覆于渗铝剂中，盖上坩埚盖子，采用高温热处理工艺制备扩散渗铝层。
具体情况下，所述高温热处理工艺制备扩散渗铝层的步骤为：
a、将上述得到的含有样品的陶瓷坩埚放置在石英管热处理管式炉中，两头用塞棒堵塞，塞棒直径小于石英管直径5～8mm；
b、按照8～12℃/min的速度升温至渗铝层形成温度，所述的渗铝温度为700～850℃，并保温3～5小时保证渗铝层充分形成，保温时间结束后关闭电源，让其随炉冷却至室温，清洗后样品表面即得到渗铝层。优选的升温速度为8～10℃/min，渗铝温度为700～800℃。
上述表面改性方法可在白铜合金表面制备具有一定厚度的扩散渗铝涂层，首先制备出渗铝前驱体混合物，随后在高温状态下采用粉末包覆法在白铜表面形成一定厚度的耐蚀扩散铝层，该涂层具有耐腐蚀的优点，可提高白铜合金表面的耐腐蚀性能。本发明采用表面改性技术提升了白铜合金的耐蚀性性能，解决了常规表面改性技术中涂层与合金的界面结合问题且涂层成形良好，本发明仅仅通过高温热处理工艺，粉末包覆法等常规简单方法实现了铝涂层的低成本、便捷化、规模化制备，其易于控制和实施，使用于规模化生产白铜合金表面耐腐蚀涂层的制备。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明从表面改性制备涂层技术出发，在高温下采用粉末包覆法，制备出致密，均匀且具有一定厚度的耐蚀涂层，涂层结构完整且与白铜界面结合良好，从而充分解决了该技术中涂层与合金的结合力问题，涂层成形及厚度控制等技术难题，本发明的白铜合金表面耐腐蚀涂层中的渗铝层与合金界面结合良好、渗铝层提升了白铜合金的腐蚀抵抗能力。
附图说明
图1是通过实施例1的方法获得的白铜合金表面耐腐蚀渗铝层的截面电镜扫描图。
图2是通过实施例1的方法获得的白铜合金表面耐腐蚀渗铝层的渗层元素含量分布图。
图3是通过实施例2的方法获得的白铜合金表面耐腐蚀渗铝层的截面电镜扫描图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
1)白铜合金表面打磨并机械抛光的步骤
对采用砂纸逐级对白铜合金表面打磨，然后在无水乙醇中超声清洗，烘箱中烘干，得到打磨后的白铜合金表面。
2)渗铝剂制备步骤
按照质量百分比称取铜铝合金粉，铝粉，氧化铝粉和氯化铵颗粒，所述铜铝合金粉(铜含量60％)，铜铝合金粉含量70％，所述铜铝合金粉粒度40μm，所述铝粉含量5％，铝粉粒度60μm，所述氯化铵颗粒含量1.6％，余量为氧化铝粉，氧化铝粒度10μm，将所述混合粉末充分机械混合后得到渗铝剂。
3)高温扩散渗铝层制备步骤
选用陶瓷坩埚作为载体，对选用的陶瓷坩埚使用去离子水和无水乙醇交替充分清洗、烘干处理；在处理过的坩埚中平铺一层步骤2)处理得到的渗铝层，将步骤1)处理的白铜合金包覆于渗铝剂中，盖上坩埚盖子以及高温热处理工艺制备扩散渗铝层。
所述的渗铝层制备技术的步骤为：
a、将上述得到的含有样品的陶瓷坩埚放置在石英管热处理管式炉中，两头用塞棒堵塞，塞棒直径小于石英管直径5～8mm。
b、按照10℃/min的速度升温至渗铝层形成温度，所述的渗铝温度为750℃，并保温4小时保证渗铝层充分形成，保温时间结束后关闭电源，让其随炉冷却至室温，清洗后样品表面即得到渗铝层，如图1所示。
对实施例1中制得的试样进行结构分析和性能检测：
在本实施例中使用扫描电镜对制备的渗铝涂层进行微观形貌观察。由图1可见，实施例1中渗层成形美观，厚度约为166.9μm。通过能谱分析得出铝元素随着渗层由内而外增加在渗层底部含量最大，通过腐蚀实验发现涂层腐蚀电流密度为5.8593×10–6(A/cm2)，白铜合金电流密度为3.2203×10–5(A/cm2)，涂层电流密度比白铜合金低了一个数量级，表明涂层具有优异的耐腐蚀性能。
实施例2
1)白铜合金表面打磨并机械抛光的步骤
对采用砂纸逐级对白铜合金表面打磨，然后在无水乙醇中超声清洗，烘箱中烘干，得到打磨后的白铜合金表面；
2)渗铝剂制备步骤
按照质量百分比称取铜铝合金粉，铝粉，氧化铝粉和氯化铵颗粒，所述铜铝合金粉(铜含量60％)，铜铝合金粉含量60％，所述铜铝合金粉粒度40μm，所述铝粉含量4.5％，铝粉粒度60μm，所述氯化铵颗粒含量1.6％，余量为氧化铝粉，氧化铝粒度10μm，将所述混合粉末充分机械混合后得到渗铝剂；
3)高温扩散渗铝层制备步骤
选用陶瓷坩埚作为载体，对选用的陶瓷坩埚使用去离子水和无水乙醇交替充分清洗、烘干处理；在处理过的坩埚中平铺一层步骤2)处理得到的渗铝层，将步骤1)处理的白铜合金包覆于渗铝剂中，盖上坩埚盖子以及高温热处理工艺制备扩散渗铝层。
所述的渗铝层制备技术的步骤为：
a、将上述得到的含有样品的陶瓷坩埚放置在热处理管式炉中，两头用塞棒堵塞，塞棒直径小于石英管直径5～8mm。
b、按照9℃/min的速度升温至渗铝层形成温度，所述的渗铝温度为750℃，并保温3小时保证渗铝层充分形成，保温时间结束后关闭电源，让其随炉冷却至室温，清洗后样品表面即得到渗铝层，如图3所示。
对实施例2中制得的试样进行结构分析和性能检测：
在本实施例中使用扫描电镜对制备的渗铝涂层进行微观形貌观察。由图3可见，实施例2中渗层与基体结合力良好，厚度约为153.6μm。通过腐蚀实验发现涂层腐蚀电流密度为8.215×10–6(A/cm2)，白铜合金电流密度为3.2203×10–5(A/cm2)，涂层电流密度比白铜合金低了一个数量级，表明涂层具有优异的耐腐蚀性能。
Claims (3)
1.一种白铜合金表面耐腐蚀涂层，包括白铜合金表面改性结构；所述白铜合金表面改性结构是形成于铜合金基体表面的耐腐蚀的合金结构，所述铜合金表面改性结构包括从表面到内部依次为氧化杂质层、扩散渗铝层和基体；其中所述白铜合金为90/10铜镍合金，所述杂质层厚度为40～60μm，扩散渗铝层厚度为120～200μm。
2.一种如权利要求1所述的白铜合金表面耐腐蚀涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)白铜合金预处理步骤
采用砂纸逐级对白铜合金表面打磨，然后在无水乙醇中超声清洗，烘箱中烘干，得到打磨后的白铜合金表面；
2)渗铝剂制备步骤
按照质量百分比称取铜铝合金粉，铝粉，氧化铝粉和氯化铵颗粒，所述铜铝合金粉(铜含量60％)，铜铝合金粉含量50～80％，所述铜铝合金粉粒度30～60μm，所述铝粉含量4～6％，铝粉粒度50～70μm，所述氯化铵颗粒含量1～2％，余量为氧化铝粉，氧化铝粒度5～15μm，将所述混合粉末充分机械混合后得到渗铝剂；
3)高温扩散渗铝层制备步骤
选用陶瓷坩埚作为载体，对选用的陶瓷坩埚使用去离子水和无水乙醇交替充分清洗、烘干处理；在处理过的坩埚中平铺一层步骤2)处理得到的渗铝层，将步骤1)处理的白铜合金包覆于渗铝剂中，盖上坩埚盖子，采用高温热处理工艺制备扩散渗铝层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，所述高温热处理工艺制备扩散渗铝层的步骤为：
a、将上述得到的含有样品的陶瓷坩埚放置在石英管热处理管式炉中，两头用塞棒堵塞，塞棒直径小于石英管直径5～8mm；
b、按照8～12℃/min的速度升温至渗铝层形成温度，所述的渗铝温度为700～850℃，并保温3～5小时保证渗铝层充分形成，保温时间结束后关闭电源，让其随炉冷却至室温，清洗后样品表面即得到渗铝层。
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|---|---|---|---|---|
| JP2000141021A (ja) * | 1998-11-12 | 2000-05-23 | Nippon Chuzo Kk | 冷却用パイプ鋳包み鋳鉄品およびその製造方法 |
| EP2181795A1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-05 | Hakko Corporation | Heat transferring member for solder handling device with an inner copper tube coated with alumina ; Electric soldering and desoldering tool with such heat transferring member |
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