CN117821885A - 一种耐磨防污的螺旋桨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐磨防污的螺旋桨及其制备方法，属于涂层领域，螺旋桨表面具有铁基非晶合金粉末经热喷涂后形成的耐磨防污铁基非晶合金涂层，所述耐磨防污铁基非晶合金涂层中具有防污离子释放通道，防污离子释放通道是由镀覆在铁基非晶合金粉末表面的镀层金属连通形成，防污离子释放通道呈三维立体连通状。铁基非晶合金粉末表面的镀层金属的熔点低于铁基非晶合金粉末的熔点，优选的镀层金属为Cu。以包覆铜的非晶粉末为原料，利用超音速火焰喷涂在螺旋桨表面制备非晶涂层，其中含有防污离子三维传输通道，该非晶涂层具有优异的耐磨性和抗污性能。本发明方法工艺简单，能实际工业应用，对于高冲刷海洋防污防腐领域具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于螺旋桨制备领域，更具体地，涉及一种耐磨防污的螺旋桨及其制备方法。
背景技术
海洋工业以成为我国经济发展中不可或缺的重要支柱，然而，实际海洋环境是极为严苛的腐蚀环境，在海洋环境中服役的海洋设备面临的腐蚀问题十分严重。我国每年由于腐蚀造成的损失达到GDP的5％，腐蚀不仅降低材料使用寿命、增加维护成分，严重时还危害生命与环境安全。
在海洋环境中，除了海水腐蚀问题，还存在海洋生物污损问题。海洋生物污损，一般指细菌、藻类、硬壳类(比如贝壳、藤壶)等海洋生物(细菌、藻类、)附着在水下结构物上的定殖。海洋生物污损带来了诸多危害，比如减慢船舶航行速度，增加能量消耗，加快海洋设备的腐蚀等等。为了抑制海洋生物的附着，减轻海洋生物污损对海洋设备的破坏，开发防腐防污一体化涂层极为关键。
目前，主流的防污涂层为聚合物涂层，聚合物涂层目前面临诸多挑战：比如在没有适宜的预处理下存在结合强度低的问题；长期暴露过程中，由于机械损伤和老化效应，会随着时间的推移而失效；有机防污涂料的耐腐蚀性能并未得到关注，存在耐腐蚀性不足的问题。
为了解决聚合物涂层的上述问题，人们开发多种含铜或者具有特殊表面性质的金属防污涂层，但是加入铜元素后会影响金属防污涂层的耐腐蚀，并且，具有表面性质的金属防污涂层的水下防污性能又受到了质疑，其水下防污性能并不可靠。
因此，开发一种耐磨防污防腐功能一体化、成本较低、高结合强度的复合涂层对于海洋领域具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供耐磨防污的螺旋桨及其制备方法，旨在解决现有的螺旋桨采用有机防污涂层存在耐磨防污综合性能不足、易于损伤和老化、与基体结合强度不够的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种耐磨防污的螺旋桨，其表面具有铁基非晶合金粉末经热喷涂后形成的耐磨防污铁基非晶合金涂层，所述耐磨防污铁基非晶合金涂层中具有防污离子释放通道，防污离子释放通道是由镀覆在铁基非晶合金粉末表面的镀层金属连通形成，防污离子释放通道呈三维立体连通状。
以上发明构思中，铁基非晶合金粉末的镀层金属连通形成防污离子释放通道，能实现了防污离子可控释放，防污离子三维传输通道的构建不仅实现了涂层的防污功能，还保持了非晶涂层的耐腐蚀性。非晶合金涂层具有优异的机械耐久性，实现了制备防污防腐一体化的螺旋桨。
进一步的，铁基非晶合金粉末表面的镀层金属的熔点低于铁基非晶合金粉末的熔点，优选的，镀层金属为Cu，Cu具有防污功能。
进一步的，其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的26倍及以上，其自腐蚀电流比Q235基体小80倍及以上。
其中，砂纸磨损试验中，待测试样品在250g的载荷下，在2000目砂纸上往复来回摩擦200次，每次的行程为10cm。
进一步的，所述耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为150μm～450μm。以上厚度是适合螺旋桨的，原因是螺旋桨需要做到质量越轻越好，太厚的涂层会导致螺旋桨的总质量增加，150μm～450μm厚度的涂层能够满足螺旋桨的质量要求。
进一步的，其由表面具有镀层Cu的铁基非晶合金粉末经超音速火焰喷涂方式在螺旋桨表面喷涂而成。
按照本发明的第二个方面，还提供一种如上所述螺旋桨的制备方法，其包括如下步骤：
S1：对铁基非晶合金粉末依次进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，将金属硫酸盐、稳定剂、络合剂、还原剂溶解后制备化学镀液，
S2：将步骤S1获得的所述化学镀液和经过处理的非晶粉末混合，然后对镀液粉末进行清洗、干燥，得到表面具有镀层Cu的铁基非晶粉末，
S3：对螺旋桨表面进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
S4：在螺旋桨表面上采用热喷涂方式沉积铁基非晶合金复合涂层。
进一步的，步骤S1中，铁基非晶粉末粒径为30μm～60μm，选用该粒径范围的原因是该粒径范围的粉末具有优异的流动性，满足超音速火焰喷涂的要求，且利用该粒径粉末超音速火焰喷涂的涂层综合性能最优。
清洗具体为：将铁基非晶粉末放置于无水乙醇中，超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多次，粗化具体为：将清洗后的铁基非晶粉末放置于25wt.％～35wt.％硝酸溶液中，选用该质量浓度范围是因为该浓度的硝酸溶液可以粗化铁基非晶粉末的表面且不会大量腐蚀非晶粉末。超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多遍，敏化具体为：将粗化后的粉末置于敏化液中搅拌，之后采用去离子水清洗，所述敏化液为二水合氯化亚锡的水溶液中加入盐酸获得，活化具体为：将敏化后的粉末置于活化液中搅拌后完成，活化液为氯化钯的水溶液中加入盐酸获得。
进一步的，步骤S1中，金属硫酸盐为五水硫酸铜，络合剂为酒石酸钾钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，稳定剂为2-2联吡啶与亚铁氰化钾的混合物，还原剂为甲醛，利用NaOH调节化学镀液至PH为12～13，在40℃～45℃下进行化学镀。将化学镀液PH调整为12～13，是因为甲醛在碱性环境下才具有还原性，而且强碱环境下Cu2+易沉淀。在40℃～45℃下进行化学镀的原因是该温度范围可以加快化学镀的速率。
进一步的，步骤S3中，首先，分别依次采用了60～120目和300～500目砂纸打磨螺旋桨表面，得到平整且洁净的表面，然后，再采用去离子水和无水乙醇溶液分别超声清洗，然后干燥。步骤S4中，热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300～600mm/s，喷涂距离为300～350mm，辅气采用氢气，送粉速度为20～30g/min。以上参数制备的涂层缺陷较少，综合性能优异。
按照本发明的第三个方面，还提供一种海洋船舶，其包括如上所述的一种耐磨防污的螺旋桨。
本发明中，对非晶粉末进行化学镀铜改性引入铜元素，通过超音速火焰喷涂在涂层中形成三维离子通道，非晶合金涂层含有防污离子三维传输通道的特殊结构，使非晶合金涂层保持了一定的耐腐蚀性能，而且继承了非晶涂层的机械性能，具有优异的机械耐久性。
本发明中，具有镀层的非晶合金粉末采用比如超音速火焰喷涂这种热喷涂形式，能在涂层中形成三维离子通道，其原理在于：通过化学镀在铁基非晶粉末表面镀铜，利用超音速火焰喷涂后，在涂层内原位形成非晶区域与非晶区域之间的铜富集区，铜富集区在涂层内呈三维网状的结构，在海洋环境中，铜富集区被氯离子侵蚀释放铜离子，涂层内的呈三维网状结构的铜富集区即成为铜离子向外释放的通道，即三维离子通道。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
有益效果：
(1)在铁基非晶粉末表面化学镀上一层金属镀层，镀层金属连通形成三维立体连通状的通道，形成防污离子释放通道，这种结构能够控制该非晶合金涂层的金属离子释放率，对环境污染相对较小，还能达到防污功能，并且其主体部分是铁基非晶合金粉末，本身具有很好的耐磨性能，并且铁基非晶合金和螺旋桨基体部分属于金属和金属之间的冶金结合，结合强度更高。
(2)非晶粉末表面包覆了铜层，非晶合金涂层只有界面处存在铜元素，也就是铜元素通过界面通道向外释放，也就是通过防污离子三维传输通道向外释放，具有一定的耐腐蚀性能。而且继承了铁基非晶涂层的机械性能，具有优异的机械耐久性和耐磨性。铁基非晶涂层本身为新型表面防污材料，兼具高耐磨性和高耐磨性。本发明的复合涂层具有基材普适性高、耐腐蚀强、耐磨性能好的特点，由于表面引进的镀层金属，还具有防止海洋生物附着性能。
(3)通过超音速火焰喷涂制备非晶合金涂层，非晶合金粉末表面的镀层金属在超音速火焰喷涂的热作用下，发生镀金金属熔化，熔化的镀层金属冷却后凝固形成防污离子三维传输通道，且保留了铁基非晶合金的原本的优良性能。本发明的制备方法简单，工艺过程可靠，制备成本较低，可进行大批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例的耐磨防污的螺旋桨表面非晶合金涂层的结构示意图；其含有防污离子三维传输通道；
图2是本发明实施例中耐磨防污螺旋桨表面的非晶合金涂层制备流程示意图；
图3是本发明实施例中铁基非晶粉末化学镀铜改性流程示意图；
图4是本发明实施例中采用超音速火焰喷涂在试验螺旋桨表面制备铁基非晶合金涂层的示意图；
图5内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的横截面扫描电镜照片，图5内容中的(b)为图5内容中的(a)的扫描电镜照片中铜元素的EDS照片；
图6内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的纵截面扫描电镜照片，图6内容中的(b)为图6内容中的(a)的扫描电镜照片中铜元素的EDS照片；
图7内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的防污离子三维传输通道透射电镜照片，图7内容中的(b)为图7内容中(a)所示的透射电镜照片的铜元素的EDS照片；
图8是本发明实施例1中超音速火焰喷涂所得铁基非晶涂层的XRD图；
图9是本发明实施例1样品与对比例样品的抗铜绿假单胞菌黏附试验结果对比图；
图10是本发明实施例1样品与对比例样品的抗金黄色葡萄球菌粘附试验结果对比图；
图11是本发明实施例1样品与对比例样品的抗小球藻粘附测试结果对比图；
图12是本发明实施例1样品与对比例样品的抗舟型藻粘附测试结果对比图；
图13是本发明实施例1与对比例1的动极化曲线测试结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层，图1是本发明实施例的一种含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层的结构示意图，由图可知，非晶合金涂层具有铜富集的界面区域与非晶区域，铜富集的界面区域为铜释放的通道，由于超音速火焰喷涂工艺与化学镀铜改性综合作用，在涂层内形成了防污离子三维传输通道。铜富集的界面区域释放铜元素实现防污功能，非晶区域实现耐磨防腐功能。铁基非晶涂层的成分比如为Cu6.25Fe41.9Co7Cr14.1Mo12.1C14.9B4.1Y1.8(其中元素左下角数字为各个元素的原子百分比)，本实施例中的螺旋桨的材料是Q235钢，成分是FeMnPSiC。铁基非晶合金涂层的厚度为150μm～450μm。
结合图1可知，本发明非晶合金涂层的防污耐磨机理为：由于对非晶粉末前驱体进行化学镀铜改性，在非晶粉末表面引入了铜元素，通过超音速火焰喷涂制备涂层，使铜元素富集在界面处，界面充当了铜向外释放的通道。铜离子具有广谱的抗菌性能，可以破坏细菌的细胞膜与DNA导致细菌死亡，铜离子还可以抑制藻类的光合作用与呼吸作用，达到抗藻类效果，实现了非晶合金涂层具有防污功能。非晶合金涂层中的非晶区域在氯离子攻击下会产生一层钝化膜，钝化膜可以保护非晶区域不会被继续腐蚀，而且非晶区域的原子排布为长程无序态，由于非晶态的均匀结构和表面钝化膜的产生，铁基非晶涂层在干湿交替、盐雾浓度更高的飞溅区具有优异的耐腐蚀能力，从而实现了非晶合金涂层的防腐功能。此外，非晶合金本身具有较好的耐磨性能，不容易损伤和老化，并且铁基非晶合金与同为金属材料的螺旋桨基体结合强度较高。
在工程实践中，一种含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层的螺旋桨的制备方法如图2所示，图2是本发明实施例中耐磨防污螺旋桨表面的非晶合金涂层制备流程示意图，由图可知，其可以包括以下步骤：
步骤一，对铁基非晶粉末进行清洗、粗化、敏化、活化前处理。
步骤二，先将金属硫酸盐、稳定剂、络合剂、还原剂溶于去离子水中，得到化学镀液，接着与步骤一获得的非晶粉末混合，最后进行清洗、干燥，得到表面包覆的铁基非晶粉末。
步骤三，对螺旋桨的金属基体进行表面打磨及喷砂处理。
步骤四，采用热喷涂在经过打磨和喷砂处理后金属基体表面沉积铁基非晶涂层。
图3是本发明实施例中铁基非晶粉末化学镀铜改性流程示意图，由图可知，其主要包括如下步骤：
步骤一，取100g铁基非晶粉末在100ml无水乙醇中超声清洗10分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，
步骤二，将清洗后的铁基非晶粉末在30wt.％质量分数的硝酸溶液中超声粗化20分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，
步骤三，将粗化后的铁基非晶粉末在具有10g二水合氯化亚锡与40ml盐酸的1L的水溶液中搅拌5分钟，完成敏化，之后用100ml去离子水清洗一次，
步骤四，将敏化后的铁基非晶粉末在具有0.25g氯化钯与10ml盐酸的1L的水溶液中搅拌10分钟，完成活化。
步骤五，将25g金属硫酸盐五水硫酸铜、0.1g的2-2联吡啶与亚铁氰化钾混合稳定剂、25g络合剂乙二胺四乙酸二钠、15g络合剂酒石酸钾钠溶于去离子水中，获得镀铜液，之后将步骤一获得的铁基非晶粉末倒入镀铜液中，用氢氧化钠调节溶液PH至12～13，最后加入40ml甲醛，在43℃下施镀120min，得到表面包覆铜的铁基非晶粉末。
下面结合具体的实施例进一步详细说明。本发明的一些实施例是在实验室完成，实验室制备了与实际螺旋桨等比例缩小的相同材质的试验螺旋桨，并且采集了海水和海洋生物用于试验。以下实施例中试验用螺旋桨的材质是Q235钢。
实施例1
(1)粉末前处理
铁基非晶粉末粒径为30μm～40μm，对铁基非晶粉末进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，取100g铁基非晶粉末在100ml无水乙醇中超声清洗10分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将清洗后的铁基非晶粉末在30％质量分数的硝酸溶液中超声粗化20分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将粗化后的铁基非晶粉末在具有10g二水合氯化亚锡与40ml盐酸的1L水溶液中搅拌5分钟，完成敏化，之后用100ml去离子水清洗一次，将敏化后的铁基非晶粉末在具有0.25g氯化钯与10ml盐酸的1L水溶液中搅拌10分钟，完成活化。
(2)粉末化学镀铜
将25g五水硫酸铜、0.1g 2-2联吡啶与亚铁氰化钾组合而成的混合稳定剂、25g络合剂乙二胺四乙酸二钠、15g络合剂酒石酸钾钠溶于去离子水中，获得镀铜液，之后将前述获得的铁基非晶粉末倒入镀铜液中，用氢氧化钠调节溶液PH至12～13，最后加入40ml甲醛，在43℃下施镀120min，之后用200ml去离子水清洗铁基非晶粉末3次，用100ml无水乙醇清洗铁基非晶粉末3次，将铁基非晶粉末在75℃氛围下真空干燥8h。
(3)基体前处理
分别依次采用60～120目和300～500目砂纸对试验螺旋桨的金属基体表面进行打磨处理，利用喷砂机对金属基体试样进行表面均匀喷砂，试样表面形成均匀的粗糙表面，然后依次使用无水乙醇、丙酮、其离子水超声清洗，除油除污，最后真空干燥。
(4)超音速火焰喷涂
图4是本发明实施例中采用超音速火焰喷涂在试验螺旋桨表面制备铁基非晶合金涂层的示意图，由图可知，采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层时，其喷涂移动速度为450mm/s，喷涂距离为300mm，步进距离为3mm，辅气采用氢气，送粉速度为25g/min。
利用扫描电镜对喷涂铁基非晶涂层的截面进行形貌观察，图5内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的横截面扫描电镜照片，图5内容中的(b)为图5内容中的(a)的扫描电镜照片中铜元素的EDS照片，图6内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的纵截面扫描电镜照片，图6内容中的(b)为图6内容中的(a)的扫描电镜照片中铜元素的EDS照片，结合以上四幅图可知，铁基非晶涂层有明显的逐层沉积的纹理界面，界面处存在铜元素的富集。
图7内容中的(a)为本发明实施例1的非晶合金涂层的防污离子三维传输通道透射电镜照片，图7内容中的(b)为图7内容中(a)所示的透射电镜照片的铜元素的EDS照片，结合两图可知，涂层表面的生物膜存在铜元素富集，说明铁基非晶涂层中的铜元素释放到生物膜内，从透射电镜照片可以明显看出涂层中的界面为铜离子释放的通道，铜从该释放通道向外释放。
图8是本发明实施例1中超音速火焰喷涂所得铁基非晶涂层的XRD图，由图可知，虽然引入了铜元素，但是其在45°左右有一个衍射峰包，证明表面的确沉积有非晶涂层。
本实施例中，耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为150μm～190μm。经试验发现：其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的28倍，其自腐蚀电流比Q235基体小85倍。
实施例2
本实施例与实施例1区别在于各个步骤的参数不同，其他类似，具体的不同为：
(1)粉末前处理
铁基非晶粉末粒径为40μm～60μm，对铁基非晶粉末进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，取50g铁基非晶粉末在100ml无水乙醇中超声清洗10分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将清洗后的铁基非晶粉末在25％质量分数的硝酸溶液中超声粗化15分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将粗化后的铁基非晶粉末在具有10g二水合氯化亚锡与40ml盐酸的1L水溶液中搅拌5分钟，完成敏化，之后用100ml去离子水清洗一次，将敏化后的铁基非晶粉末在具有0.20g氯化钯与10ml盐酸的1L水溶液中搅拌10分钟，完成活化。
(2)粉末化学镀铜
在40℃下施镀100min。
(4)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在试验螺旋桨的金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为300mm/s，喷涂距离为320mm，步进距离为3mm，辅气采用氢气，送粉速度为30g/min。
利用扫描电镜对喷涂铁基非晶涂层的截面进行形貌观察。本实施例中，耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为180μm～230μm。经试验发现：其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的32倍，其自腐蚀电流比Q235基体小90倍。
实施例3
本实施例与实施例1区别在于各个步骤的参数不同，其他类似，具体的不同为：
(1)粉末前处理
铁基非晶粉末粒径为45μm～55μm，对铁基非晶粉末进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，取25g铁基非晶粉末在100ml无水乙醇中超声清洗10分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将清洗后的铁基非晶粉末在35％质量分数的硝酸溶液中超声粗化12分钟，之后用100ml去离子水清洗三次，将粗化后的铁基非晶粉末在具有10g二水合氯化亚锡与40ml盐酸的1l水溶液中搅拌5分钟，完成敏化，之后用100ml去离子水清洗一次，将敏化后的铁基非晶粉末在具有0.15g氯化钯与10ml盐酸的1l水溶液中搅拌10分钟，完成活化。
(2)粉末化学镀铜
在45℃下施镀90min。
(4)超音速火焰喷涂
采用超音速火焰喷涂在金属基体上制备铁基非晶涂层，喷涂移动速度为600mm/s，喷涂距离为350mm，步进距离为3mm，辅气采用氢气，送粉速度为20g/min。
利用扫描电镜对喷涂铁基非晶涂层的截面进行形貌观察。本实施例中，耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为390μm～450μm。经试验发现：其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的29倍，其自腐蚀电流比Q235基体小86倍。
实施例4
S1：铁基非晶粉末粒径为30μm～40μm，对铁基非晶合金粉末依次进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，将金属硫酸盐、稳定剂、络合剂、还原剂溶解后制备化学镀液.
清洗具体为：将铁基非晶粉末放置于无水乙醇中，超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多次，粗化具体为：将清洗后的铁基非晶粉末放置于25wt.％硝酸溶液中。超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多遍。敏化具体为：将粗化后的粉末置于敏化液中搅拌，之后采用去离子水清洗，所述敏化液为二水合氯化亚锡的水溶液中加入盐酸获得。活化具体为：将敏化后的粉末置于活化液中搅拌后完成，活化液为氯化钯的水溶液中加入盐酸获得。
金属硫酸盐为五水硫酸铜，络合剂为酒石酸钾钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，稳定剂为2-2联吡啶与亚铁氰化钾的混合物，还原剂为甲醛，利用NaOH调节化学镀液至PH为12，在40℃下进行化学镀。
S2：将步骤S1获得的所述化学镀液和经过处理的非晶粉末混合，然后对镀液粉末进行清洗、干燥，得到表面具有镀层Cu的铁基非晶粉末，
S3：对螺旋桨表面进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，步骤S3中，首先，分别依次采用了60～120目和300～500目砂纸打磨铁基非晶涂层表面，得到平整且洁净的表面，然后，再采用去离子水和无水乙醇溶液分别超声清洗，然后干燥。
S4：在螺旋桨表面上采用热喷涂方式沉积铁基非晶合金复合涂层。步骤S4中，热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300mm/s，喷涂距离为300mm，辅气采用氢气，送粉速度为30g/min。
利用扫描电镜对喷涂铁基非晶涂层的截面进行形貌观察。本实施例中，耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为300μm～400μm。经试验发现：其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的28倍，其自腐蚀电流比Q235基体小81倍。
实施例5
S1：铁基非晶粉末粒径为50μm～60μm，对铁基非晶合金粉末依次进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，将金属硫酸盐、稳定剂、络合剂、还原剂溶解后制备化学镀液，
清洗具体为：将铁基非晶粉末放置于无水乙醇中，超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多次，粗化具体为：将清洗后的铁基非晶粉末放置于35wt.％硝酸溶液中。超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多遍，敏化具体为：将粗化后的粉末置于敏化液中搅拌，之后采用去离子水清洗，所述敏化液为二水合氯化亚锡的水溶液中加入盐酸获得，活化具体为：将敏化后的粉末置于活化液中搅拌后完成，活化液为氯化钯的水溶液中加入盐酸获得。
步骤S1中，金属硫酸盐为五水硫酸铜，络合剂为酒石酸钾钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，稳定剂为2-2联吡啶与亚铁氰化钾的混合物，还原剂为甲醛，利用NaOH调节化学镀液至PH为13，在45℃下进行化学镀。
S2：将步骤S1获得的所述化学镀液和经过处理的非晶粉末混合，然后对镀液粉末进行清洗、干燥，得到表面具有镀层Cu的铁基非晶粉末，
S3：对螺旋桨表面进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
步骤S3中，首先，分别依次采用了60～120目和300～500目砂纸打磨铁基非晶涂层表面，得到平整且洁净的表面，然后，再采用去离子水和无水乙醇溶液分别超声清洗，然后干燥。
S4：在螺旋桨表面上采用热喷涂方式沉积铁基非晶合金复合涂层。步骤S4中，热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为600mm/s，喷涂距离为350mm，辅气采用氢气，送粉速度为30g/min。
利用扫描电镜对喷涂铁基非晶涂层的截面进行形貌观察。本实施例中，耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为150μm～270μm。经试验发现：其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的28倍，其自腐蚀电流比Q235基体小81倍。
对比例
本发明的对比例具有两个，见下表1所示。两个对比例中，分别给出了未喷涂的Q235基体，未经过化学镀铜改性的非晶涂层。
表1具体实施例与对比例涂层信息
| 编号 | 非晶涂层 |
| 对比例1 | 无 |
| 对比例2 | 不含有防污离子三维传输通道的非晶涂层 |
| 实施例1 | 含有防污离子三维传输通道的非晶涂层 |
图9是本发明实施例1样品与对比例样品的抗铜绿假单胞菌黏附试验结果对比图，图10是本发明实施例1样品与对比例样品的抗金黄色葡萄球菌粘附试验结果对比图，由图9可知，含有防污离子三维传输通道的非晶涂层(实施例1)表面粘附的铜绿假单胞菌远少于与Q235基体(对比例1)与不含有防污离子三维传输通道的非晶涂层(对比例2)表面粘附的铜绿假单胞菌。从图10可知，含有防污离子三维传输通道的非晶涂层(实施例1)表面粘附的金黄色葡萄球菌远低于与Q235基体(对比例1)与不含由防污离子三维传输通道的非晶涂层(对比例2)表面粘附的金黄色葡萄球菌，表明含有防污离子三维传输通道的非晶涂层能够有效的抵御细菌在非晶合金涂层表面的粘附，其具有优异的抗细菌粘附性能，符合了防污性能的要求。
图11是本发明实施例1样品与对比例样品的抗小球藻粘附测试结果对比图，图12是本发明实施例1样品与对比例样品的抗舟型藻粘附测试结果对比图，实施例1样品和对比例样品在小球藻与舟型藻的藻液中于恒温恒湿培养箱浸泡7天，并用荧光显微镜观察统计硅藻在样品的表面上的附着面积，计算抗藻类粘附率。由图11可知，7天后，含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层(实施例1)的抗小球藻粘附率达到98.87％，而相对地，不含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层(对比例2)的抗小球藻粘附率为94.59％，没有喷涂涂层的Q235基体(对比例1)的抗小球藻黏附率为63.59％。由图12可知，含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层(实施例1)的抗舟型藻粘附率达到99.26％，而相对地，不含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层(对比例2)的抗舟型藻粘附率为97.57％，没有喷涂涂层的Q235基体(对比例1)的抗舟型藻黏附率仅有49.72％，说明了含有防污离子三维传输通道的非晶合金涂层具有优异的抗藻类粘附性能。
采用动极化曲线测试对比了实施例1与对比例1的耐腐蚀性能，结果如图13所示，图13是本发明实施例1与对比例1的动极化曲线测试结果图，由图可知，腐蚀电流与腐蚀电位体现了样品的耐腐蚀性能，腐蚀电流越低，腐蚀电位越大，耐腐蚀性能越佳。由图13可知，实施例1的腐蚀电位为-544.7mV，腐蚀电流为86.65nA/cm2，对比例1的腐蚀电位为-724mV，腐蚀电流为6965.76nA/cm2，可以看出，实施例1的腐蚀电流比对比例1的腐蚀电流小，实施例1的腐蚀电位比对比例1的腐蚀电位大。说明铁基非晶合金涂层的加入，提高了样品的耐腐蚀性能。
本发明中，对铁基非晶粉末进行化学镀铜改性，通过超音速火焰喷涂制备了含有防污离子三维传输通道的非晶复合涂层，该涂层具有优异的机械耐久性，具有防腐防污功能一体化的优点，该涂层具有优异的防海洋生物污损的能力与耐腐蚀性能。
本发明中，铁基非晶粉末还可以是Fe48Mo14Cr15Y2C15B6、Fe49.7Cr18Mn1.9Mo7.4W1.6B15. 2C3.8Si2.4等等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐磨防污的螺旋桨，其特征在于，其表面具有铁基非晶合金粉末经热喷涂后形成的耐磨防污铁基非晶合金涂层，所述耐磨防污铁基非晶合金涂层中具有防污离子释放通道，防污离子释放通道是由镀覆在铁基非晶合金粉末表面的镀层金属连通形成，防污离子释放通道呈三维立体连通状。
2.如权利要求1所述的一种耐磨防污的螺旋桨，其特征在于，铁基非晶合金粉末表面的镀层金属的熔点低于铁基非晶合金粉末的熔点，优选的，镀层金属为Cu。
3.如权利要求2所述的一种耐磨防污的螺旋桨，其特征在于，其表面的抗菌黏附率超过90％，表面的抗藻类黏附率超过98％，在砂纸磨损试验中，耐磨防污铁基非晶合金涂层的耐磨性是商用丙烯酸酯涂层的26倍及以上，其自腐蚀电流比Q235基体小80倍及以上。
4.如权利要求3所述的一种耐磨防污的螺旋桨，其特征在于，所述耐磨防污铁基非晶合金涂层厚度为150μm～450μm。
5.制备如权利要求1-4任一所述的一种耐磨防污螺旋桨的方法，其特征在于，其由表面具有镀层Cu的铁基非晶合金粉末经超音速火焰喷涂方式在螺旋桨表面喷涂而成。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：对铁基非晶合金粉末依次进行清洗、粗化、敏化、活化前处理，将金属硫酸盐、稳定剂、络合剂、还原剂溶解后制备化学镀液，
S2：将步骤S1获得的所述化学镀液和经过处理的非晶粉末混合，然后对镀液粉末进行清洗、干燥，得到表面具有镀层Cu的铁基非晶粉末，
S3：对螺旋桨表面进行表面处理，获得洁净且粗糙的表面，
S4：在螺旋桨表面上采用热喷涂方式沉积铁基非晶合金复合涂层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，铁基非晶粉末粒径为30μm～60μm，
清洗具体为：将铁基非晶粉末放置于无水乙醇中，超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多次，
粗化具体为：将清洗后的铁基非晶粉末放置于25wt.％～35wt.％硝酸溶液中，超声并搅拌，之后采用去离子水清洗多遍，
敏化具体为：将粗化后的粉末置于敏化液中搅拌，之后采用去离子水清洗，所述敏化液为二水合氯化亚锡的水溶液中加入盐酸获得，
活化具体为：将敏化后的粉末置于活化液中搅拌后完成，活化液为氯化钯的水溶液中加入盐酸获得。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S1中，金属硫酸盐为五水硫酸铜，络合剂为酒石酸钾钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，稳定剂为2-2联吡啶与亚铁氰化钾的混合物，还原剂为甲醛，
利用NaOH调节化学镀液至PH为12～13，在40℃～45℃下进行化学镀。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
步骤S3中，首先，分别依次采用了60～120目和300～500目砂纸打磨铁基非晶涂层表面，得到平整且洁净的表面，然后，再采用去离子水和无水乙醇溶液分别超声清洗，然后干燥，
步骤S4中，热喷涂方式为超音速火焰喷涂，喷涂移动速度为300～600mm/s，喷涂距离为300～350mm，辅气采用氢气，送粉速度为20～30g/min。
10.一种海洋船舶，其特征在于，其包括如权利要求1-4任一所述的一种耐磨防污的螺旋桨。
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| CN202311872460.9A Pending CN117821885A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种耐磨防污的螺旋桨及其制备方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117821885A (zh) |
-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311872460.9A patent/CN117821885A/zh active Pending
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