CN116083833A - 一种耐腐蚀的致密纯铝涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀的致密纯铝涂层及其制备方法，电弧喷涂制备的涂层表面会存在孔隙，腐蚀性介质可由孔隙等渗透进入基体表面发生腐蚀，而常规技术通过涂刷封孔剂来降低孔隙率的手段过于繁琐，涂刷及干燥时间长、涂刷容易不均匀；本发明引入冷压工艺对电弧喷涂纯铝涂层进行后处理，该处理工艺操作简单，仅需通过控制冷压条件，即能够使得基体试样截面平整度、均匀性得到明显改善，孔隙率大大降低，进而提高基体的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于涂层后处理技术领域，具体涉及到一种致密的纯铝涂层及其制备方法。
背景技术
Q235钢是常见低碳结构钢，大量应用于石油运输、交通保护、汽车车身、货物运输装载等场景，从沙漠、雨带到海洋等环境均可见Q235钢的服役身影，。而由于Q235钢的应用广泛，其腐蚀性能一直是人们关注的重点，而现有技术中常通过电弧喷涂铝在钢基体表面形成涂层来提高其耐腐蚀性能。
但涂层制备后表面会存在孔隙等缺陷，而腐蚀性介质可由孔隙等渗透进入基体表面而发生腐蚀，因此，电弧喷涂制备涂层的孔隙率大小是影响涂层耐蚀性能的重要因素。
目前，采用封孔处理可以降低所制备的涂层的孔隙率，抑制腐蚀性介质的渗透，提高涂层在苛刻腐蚀环境下的耐蚀性能。然而，在长期使用下，封孔材料易发生脱落，从而导致涂层耐蚀性能的显著下降。基于此，本文引入冷压工艺对Q235钢电弧喷涂纯铝涂层进行后处理，以期获得较为致密的纯铝涂层。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，
对基体试样的热喷涂面进行机械打磨，打磨后除油并用酒精清洗；
对试样进行激光除锈及热喷铝喷涂处理，冷却至室温；
通过冷压对基体试样进行后处理，得到致密的纯铝涂层。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述基体包括Q235钢。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述机械打磨为依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行打磨。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述热喷铝喷涂的喷涂电流为160～200A。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述热喷铝喷涂的喷涂电压为26～28V。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述热喷铝喷涂的喷涂距离为180～250mm。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述热喷铝喷涂的空气压力为4～6bar。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述冷压处理的压力大小为400～500MP。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述冷压处理的保荷时间为2～4min。
作为本发明所述耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述方法处理后的热喷铝试样腐蚀速度小，耐腐蚀性能优异。
本发明有益效果：
本发明提供了一种电弧喷涂纯铝涂层的后处理方法，由于电弧喷涂制备的涂层表面会存在孔隙，腐蚀性介质可由孔隙等渗透进入基体表面发生腐蚀，而常规技术通过涂刷封孔剂来降低孔隙率，但这一操作手段过于繁琐，涂刷及干燥时间长、涂刷容易不均匀；本发明引入冷压工艺对电弧喷涂纯铝涂层进行后处理，通过该处理工艺，操作方法简单，仅需通过控制冷压条件，即能够使得基体试样截面平整度、均匀性得到明显改善，孔隙率大大降低，进而提高基体的耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1以及对比例1处理得到的基体试样宏观形貌对比图。
图2为本发明对比例1处理得到的基体试样的截面微观组织图。
图3为本发明实施例1处理得到的基体试样的截面微观组织图。
图4为本发明实施例1以及对比例1处理得到的基体试样表面形貌对比图。
图5为本发明实施例1、对比例1及未经任何处理的基体试样的极化曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明中依据国家标准GB/T8642-2002进行涂层的结合强度测试；
本发明中测定基体耐腐蚀性能的电化学工作站根据三电极体系设置电路，其中，电解质溶液为3.5wt％的NaCl溶液；
实施例1
机械打磨预处理：
以Q235钢为试验对象，对基体试样的热喷涂的一面依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行机械打磨；
电弧喷涂处理：
打磨后对表面进行除油和酒精清洗处理，为了避免基体再次被氧化，对处理过后的基体试样立即进行真空保存；在热喷涂实验室进行激光除锈，除锈后进行热喷铝处理，设置热喷铝的各项参数分别为：喷涂电流200A、喷涂电压28V、喷涂距离250mm、空气压力4.8bar；
冷压后处理：
热喷铝处理后试样冷却至室温，使用万能试验机对试样进行冷压后处理，压力大小为450MPa，保荷时间为3min。
对比例1
为验证本发明采用冷压后处理工艺的有益效果，本对比例不采用冷压工艺对基体进行后处理。
机械打磨预处理：
以Q235钢为试验对象，对基体试样的热喷涂的一面依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行机械打磨；
电弧喷涂处理：
打磨后对表面进行除油和酒精清洗处理，为了避免基体再次被氧化，对处理过后的基体试样立即进行真空保存；在热喷涂实验室进行激光除锈，除锈后进行热喷铝处理，设置热喷铝的各项参数分别为：喷涂电流200A、喷涂电压28V、喷涂距离250mm、空气压力4.8bar；
图1为本发明实施例1以及对比例1处理得到的基体试样宏观形貌对比图，左侧为对比例1处理得到的试样，右侧为本发明实施例1经过冷压处理的试样。在自然光下可以清晰地看到经过冷压处理过的试样表面更加平整光亮，而未经冷压的试样表面粗糙度较大。
图2为对比例1处理得到的基体试样的截面微观组织照片。从低倍微观组织照片图2(a))可看出，未经冷压后处理工艺的涂层均匀性较差，并且涂层内部有较多微孔，这些微孔可能成为涂层内部腐蚀的穿孔，降低涂层的耐蚀性，减小对基体的保护作用。
进一步的，从高倍微观组织照片图2(b)中能够更清晰地看到涂层内部有较多微孔，如图2(b)圆圈所标记的区域；并且涂层与基体结合处有明显缺陷，此类缺陷的存在会增大腐蚀介质与基体直接接触的机会，导致基体先于涂层发生腐蚀。
图3为实施例1处理得到的基体试样的的截面微观组织照片。图3(a)为低倍微观组织照片，与图2(a)对比可以清楚地看到，经冷压处理后涂层截面变得较之前更加平整，整个涂层内部也更加紧密均匀，与冷压处理前的截面形貌相比，在平整度、均匀性上有较大改善。
进一步的，从图3(b)的高倍微观组织照片可以看出，冷压处理后涂层内部微孔较处理前明显减少，经分析是因为涂层内部在冷压时发生变形，内部微孔被周围变形后的纯铝填补。此外，涂层在压实后与基体结合处的结合状况良好。
图4(a)、(b)分别为本发明对比例1以及实施例1处理得到的基体试样的表面形貌照片，可以看出冷压处理前后热喷铝涂层表面形貌存在明显差别，未经冷压的涂层熔融颗粒不均匀堆垛、表面凹凸不平、孔洞较多，而冷压处理后的涂层表面平整密实，表面孔洞大部分被周围变形涂层填补，进一步证明冷压后处理对涂层表面形貌有较大改善。
实施例2
机械打磨预处理：
以Q235钢为试验对象，对基体试样的热喷涂的一面依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行机械打磨；
电弧喷涂处理：
打磨后对表面进行除油和酒精清洗处理，为了避免基体再次被氧化，对处理过后的基体试样立即进行真空保存；在热喷涂实验室进行激光除锈，除锈后进行热喷铝处理，设置热喷铝的各项参数分别为：喷涂电流200A、喷涂电压28V、喷涂距离250mm、空气压力4.8bar；
冷压后处理：
热喷铝处理后试样冷却至室温，使用万能试验机对试样进行冷压后处理，压力大小为350MPa，保荷时间为3min。
实施例3
机械打磨预处理：
以Q235钢为试验对象，对基体试样的热喷涂的一面依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行机械打磨；
电弧喷涂处理：
打磨后对表面进行除油和酒精清洗处理，为了避免基体再次被氧化，对处理过后的基体试样立即进行真空保存；在热喷涂实验室进行激光除锈，除锈后进行热喷铝处理，设置热喷铝的各项参数分别为：喷涂电流200A、喷涂电压28V、喷涂距离250mm、空气压力4.8bar；
冷压后处理：
热喷铝处理后试样冷却至室温，使用万能试验机对试样进行冷压后处理，压力大小为550MPa，保荷时间为3min。
对上述实施例以及对比例制备得到的基体试样进行性能测定，结果如表1所示：
表1不同处理所得基体试样性能
图5为本发明热喷涂处理的试样冷压前后及未经热喷涂处理的Q235钢基体试样的极化曲线图，从图中可以看出，有涂层的极化曲线较基体向左移，说明其耐蚀性能提高；
而Q235钢基体的自腐蚀电位相较于热喷涂试样更正，其自腐蚀电位为﹣0.619V，未经冷压后处理和经冷压后处理的热喷铝涂层的自腐蚀电位分别为﹣0.718V和﹣1.049V，两种情况的电位均比基体材料的电位更负，说明在形成腐蚀反应时，均可以对基体进行保护，但是明显的，通过冷压工艺处理后的基体的耐腐蚀性相对于未经冷压处理的性能提升显著。
进一步的，从表1可以看出，本发明通过引入冷压处理工艺，使得基体与热喷涂涂层结合更加紧密，结合强度更大。而通常情况下，涂层结合强度的大小，与涂层和基体之间热膨胀系数的差值呈反比关系，而热膨胀系数的差值越小产生裂纹的概率就越小，能够更好的保护基体防止腐蚀介质的侵入。同时，由实施例3以及实施例4的数据可以看到，当冷压压力小于400MPa时候，涂层冷压效果不好，基体与涂层结合强度低，耐腐蚀性能不高；而进一步提高冷压压力时，结合强度以及耐腐蚀性能并没有得到进一步提升，同时基体厚度减少，基体原有参数发生改变，故冷压压力控制在400～500MPa能够实现最佳的技术效果。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：包括，
对基体试样的热喷涂面进行机械打磨，打磨后除油并用酒精清洗；
对试样进行激光除锈及热喷铝喷涂处理，冷却至室温；
通过冷压对基体试样进行后处理，得到致密的纯铝涂层。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述基体包括Q235钢。
3.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述机械打磨为依次使用120#、600#、1000#、1200#、1500#砂纸进行打磨。
4.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述热喷铝喷涂的喷涂电流为160～200A。
5.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述热喷铝喷涂的喷涂电压为26～28V。
6.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述热喷铝喷涂的喷涂距离为180～250mm。
7.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述热喷铝喷涂的空气压力为4～6bar。
8.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述冷压处理的压力大小为400～500MP。
9.如权利要求1所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述冷压处理的保荷时间为2～4min。
10.一种如权利要求1～9任一所述的耐腐蚀的致密纯铝涂层的制备方法，其特征在于：所述方法处理后的热喷铝试样腐蚀速度小，耐腐蚀性能优异。
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2022
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