CN118086992A - 一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，包括如下步骤：S1：铝合金表面清理；S2：铝合金表面刻蚀和清理；先采用P1功率的脉冲激光束按预置的刻蚀图样对铝合金表面进行刻蚀，再采用P2功率的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理；S3：表面微弧氧化；将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长预设厚度的陶瓷氧化膜。本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺，可以调控基体表面微观结构为有序状态，同时还能提高熔结环氧重防腐涂层喷涂时熔结效率和成膜质量，使其更适用于要求高界面结合强度和高耐蚀性的应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金表面处理技术领域，特别涉及一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法。
背景技术
铝合金具有密度低、比强度高等特点，常用作液体燃料、化学试剂等贮舱，但存储腐蚀性较强的溶液时，需要在其内壁涂覆一定厚度的熔结环氧等重防腐涂层。熔结环氧重防腐涂层技术是把单组份的热固化改性环氧粉末涂料，涂覆在预热的金属构件表面上，使其熔融结合并固化成膜，形成一层厚度均匀、表面光洁的重防腐涂层。熔结环氧防腐涂层的涂覆工艺流程如下：表面修整、表面预处理、工件预热、熔融涂覆、固化成膜、涂层检测。其中表面预处理是一道非常重要的工序，直接影响到涂覆后重防腐涂层与金属基体的界面结合强度，而界面结合强度是影响重防腐涂层使用寿命的重要因素。
常见的表面预处理工艺主要有化学预处理和机械预处理。其中化学预处理包括溶剂清洗、磷酸化学预处理、铬酸盐处理等，机械预处理包括喷砂除锈、冲洗清理等。最终的效果是在去除工件表面污染物的同时使表面粗化，达到涂装要求的Sa2.5级表面清理标准。但上述预处理工艺存在以下方面的不足：
(1)化学预处理可以实现良好的表面去污、去油和除锈效果，但很难获得较好的表面粗化效果，界面结合强度普遍较低。此外，化学预处理工序多、工艺复杂，废液污染环境需要特殊处理，导致综合成本高，不太适合科研试制或小批量生产。
(2)机械预处理可以实现较好的表面粗化效果，但对表面微观形貌并不可控，只能获得无序的表面粗糙状态。此外，针对铝合金薄壁件表面喷砂，喷砂容易使薄壁件发生变形，喷砂过程砂粒也容易粘嵌在表面，后续清理工作量较大，甚至会产生因砂粒清除不尽导致熔结环氧重防腐涂层产生点缺陷。再次，喷砂过程产生较大的粉尘，严重影响喷砂在线检查效果，也需要配套专用的除尘设备，导致综合成本较高，也不太适合科研试制或小批量生产。
因此，急需发明一种针对铝合金贮舱的高效、环保、低成本、高界面结合强度、高耐蚀的表面预处理工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，以解决现有技术中铝合金贮舱预处理界面强度较低或者工艺复杂、成本较高的问题。本发明提供了一种针对铝合金贮舱的表面预处理方法，其目的是提高熔结环氧重防腐涂层与铝合金基体的界面结合强度，强化铝合金表面的耐蚀性能，简化预处理过程，改善预处理操作环境，减少预处理过程的环境污染，降低预处理综合成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，包括如下步骤：
S1：铝合金表面清理；
S2：铝合金表面刻蚀和清理；
先采用P1功率的脉冲激光束按预置的刻蚀图样对铝合金表面进行刻蚀，再采用P2功率的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣，其中P2＜P1；
S3：表面微弧氧化；
将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长预设厚度的陶瓷氧化膜。
进一步的，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理重复多次，直至深度大于预设深度H，H≥60μm。
进一步的，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理重复2～6次，铝合金表面刻蚀深度H越大，步骤S2重复的次数越多。
进一步的，步骤S2中刻蚀图样为沟槽型结构，该沟槽型结构呈间断状布置。
进一步的，步骤S2中刻蚀的沟槽型结构的宽度60～80μm，间隔90～110μm，深度80～110μm。
进一步的，步骤S2中，刻蚀时脉冲激光束的P1功率取值为60～100W，频率为15～22KHz，速度为180mm～220mm，清理时脉冲激光束的P2功率取值为15～25W，频率为15～22KHz，速度为800mm～1200mm。
进一步的，在步骤S1中，采用P3功率的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗，P3＜P1。
进一步的，在步骤S1中，脉冲激光束对铝合金表面进行清洗的次数不少于两次。
进一步的，在步骤S3中，将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，在铝合金表面原位生长陶瓷氧化膜的预设厚度为15～22μm，陶瓷氧化膜表面孔隙率的取值为28％～32％。
相对于现有技术，本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法具有以下优势：
(1)本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺，可以调控基体表面微观结构为有序状态，同时还能提高熔结环氧重防腐涂层喷涂时熔结效率和成膜质量，使其更适用于要求高界面结合强度和高耐蚀性的应用场景。
(2)本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过表面激光清洗代替除油、除锈等化学清洗，简化了表面清洗工艺流程，避免了化学清洗后的废液处理，降低了环境污染风险和综合生产成本。
(3)本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过表面激光刻蚀和清理代替喷砂，实现了表面微观结构有序调控，提高了界面结合强度，解决了薄壁铝件的变形问题和粘砂问题，改善了作业环境，降低了环保设备投资成本。
(4)本发明所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过表面微弧氧化形成的陶瓷氧化膜，提高了铝合金本体的耐蚀性，大大提高了界面比表面积，改善了防腐涂层与基体的界面结合强度，同时还能提高熔结环氧重防腐涂层喷涂时熔结效率和成膜质量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及达到目的与功效易于理解，下面对本发明的实施例进行详细说明。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本申请公开了一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，包括如下步骤：
S1：铝合金表面清理；
S2：铝合金表面刻蚀和清理；
先采用P1功率的脉冲激光束按预置的刻蚀图样对铝合金表面进行刻蚀，再采用P2功率的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣，其中P2＜P1；
S3：表面微弧氧化；
将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长预设厚度的陶瓷氧化膜。
本申请所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过设计激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺，通过脉冲激光作用在铝合金表面实现预置图样的表面刻蚀和清理，获得不同参数的表面微观结构，提高防腐涂层与铝合金基体的界面结合强度，再通过微弧氧化在激光刻蚀后的铝合金表面原位生长一定厚度氧化铝基陶瓷膜，提高铝合金本体的耐蚀性。本申请所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过采用表面激光刻蚀和清理代替喷砂，实现了表面微观结构有序调控，提高了界面结合强度，解决了薄壁铝件的变形问题和粘砂问题，改善了作业环境，降低了环保设备投资成本，表面微弧氧化形成的陶瓷氧化膜，提高了铝合金本体的耐蚀性，大大提高了界面比表面积，改善了防腐涂层与基体的界面结合强度，与微弧氧化膜的多孔状态形成复合表面微观结构，从而显著提高比表面积，实现重防腐涂层与铝合金基体的高界面结合强度，并且通过减缓工件预热后的温度下降速度，有利于提高低温固化粉末的涂覆成工艺性和成膜质量。将上述表面激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理完成后的铝合金板，转入熔结环氧重防腐涂层的涂覆过程，可实现铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆。
本申请所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，通过上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺，可以调控基体表面微观结构为有序状态，同时还能提高熔结环氧重防腐涂层喷涂时熔结效率和成膜质量，使其更适用于要求高界面结合强度和高耐蚀性的应用场景。
作为本申请的较佳示例，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理重复多次，直至深度大于预设深度H，H≥60μm。作为本申请的较佳示例，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理一般需要重复2～6次，铝合金表面刻蚀深度H越大，步骤S2重复的次数越多。
通过多次重复激光刻蚀和清理，可以进一步调控铝合金表面的微观结构，提高铝合金表面粗糙度、增强涂层与基体的机械锚定效果以及提高界面结合强度，将刻蚀深度大于预设深度H设置，有利于形成更为稳定和耐腐蚀的氧化层，为后续的微弧氧化提供更好的基础。
作为本申请的较佳示例，步骤S2中刻蚀图样为沟槽型结构。通过该设置增加表面的有效面积，增加涂层与基体之间的机械锚定效果，同时有助于涂层更均匀地分布在铝合金基体的表面上，提高涂层的均匀性和一致性。
作为本申请的较佳示例，步骤S2中刻蚀的沟槽型结构呈间断状布置。该设置有助于确保整个表面都受到适当的涂覆，避免涂层厚度的不均匀导致的问题，提高铝合金贮舱的界面强度、防腐性能，并改善涂覆层的稳定性，从而延长铝合金部件的使用寿命，减缓腐蚀和损伤。
作为本申请的较佳示例，步骤S2中刻蚀的沟槽型结构的宽度60～80μm，间隔90～110μm，深度80～110μm。通过采用上述尺寸的刻蚀沟槽，经上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺后，熔结环氧涂层与铝合金基体的界面结合强度最优，显著提高铝合金贮舱的界面强度、防腐性能以及涂覆层的稳定性，为其在重防腐涂覆方面提供了良好的技术效果。
作为本申请的较佳示例，步骤S2中，刻蚀时脉冲激光束的P1功率取值为60～100W，频率为15～22KHz，速度为180mm～220mm，清理时脉冲激光束的P2功率取值为15～25W，频率为15～22KHz，速度为800mm～1200mm。本申请所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，先采用大功率的脉冲激光束按预置的刻蚀图样对铝合金表面进行刻蚀，再采用小功率的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣，在每次激光刻蚀完即进行激光清洗，从而保证铝合金表面在刻蚀完成后能够快速、可靠的进行表面清洗，防止刻蚀残留物质在表面积累，确保铝合金表面在刻蚀后保持良好的质量，减少可能导致涂层附着性差或其他问题的因素存在，有助于提供稳定的处理效果和产品质量。
作为本申请的较佳示例，在步骤S1中，采用P3功率的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗，P3＜P1，在该步骤中，脉冲激光束对铝合金表面进行清洗的次数不少于两次。作为本申请的较佳示例，通过采用小功率的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗，去除表面附着的污染物。作为优选，进行步骤S1进行表面清理的脉冲激光束的P3功率取值为15～25W，频率为15～22KHz，速度为800mm～1200mm。作为本申请的具体示例，步骤S1中进行铝合金表面清洗的脉冲激光束与步骤S2中进行铝合金表面蚀刻后清洗的功率、频率、速度保持一致。通过采用小功率的脉冲激光束进行铝合金表面清洗，能够有效去除铝合金表面附着的污染物，同时更好的为后续的激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理步骤创造理想的表面条件，从而提高铝合金贮舱表面预处理的效果和效率。
作为本申请的较佳示例，在步骤S3中，将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，在铝合金表面原位生长陶瓷氧化膜的预设厚度为15～22μm，陶瓷氧化膜表面孔隙率的取值为28％～32％。在本申请的示例中，可通过调整微弧氧化工艺参数来调整陶瓷氧化膜表面孔隙大小和密度，将陶瓷氧化膜表面孔隙率的取值为28％～32％，陶瓷氧化膜的预设厚度为15～22μm，从而提供均匀且控制良好的氧化膜，增加涂覆层与铝合金基材之间的界面强度，提高铝合金表面的整体性能，使其更能抵抗腐蚀和磨损，为后续的涂覆过程提供一致的基础。
具体实施例1
(1)表面激光清洗。采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗2次，去除表面附着的污染物。根据表面清洗效果，可延长表面激光清洗次数。
(2)表面激光刻蚀和清理。先采用功率为60W，频率为20KHz，速度200mm/s脉冲激光束按预置的刻蚀图样(沟槽型)对铝合金表面进行刻蚀，再采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣。重复上述刻蚀和清理过程3次，直至刻蚀深度大于60μm。
(3)表面微弧氧化。将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，电流密度5A/dm2，频率500Hz，占空比50％，正负脉冲数比20：1，在铝合金表面原位生长20μm厚的陶瓷氧化膜，陶瓷氧化膜表面孔隙率为30％。
经上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺后，熔结环氧涂层与铝合金基体的界面结合强度达到35.4MPa，相比喷砂预处理，界面结合强度提高18.0％。
具体实施例2：
(1)表面激光清洗。采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗2次，去除表面附着的污染物。根据表面清洗效果，可延长表面激光清洗次数。
(2)表面激光刻蚀和清理。先采用功率为80W，频率为20KHz，速度200mm/s脉冲激光束按预置的刻蚀图样(点阵型)对铝合金表面进行刻蚀，再采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣。重复上述刻蚀和清理过程3次，直至刻蚀深度大于80μm。
(3)表面微弧氧化。将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，电流密度5A/dm2，频率500Hz，占空比50％，正负脉冲数比20：1，在铝合金表面原位生长20μm厚的陶瓷氧化膜，陶瓷氧化膜表面孔隙率为30％。
经上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺后，熔结环氧涂层与铝合金基体的界面结合强度达到37.3MPa，相比喷砂预处理，界面结合强度提高24.3％。
具体实施例3：
(1)表面激光清洗。采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗2次，去除表面附着的污染物。根据表面清洗效果，可延长表面激光清洗次数。
(2)表面激光刻蚀和清理。先采用功率为80W，频率为20KHz，速度200mm/s脉冲激光束按预置的刻蚀图样(沟槽型)对铝合金表面进行刻蚀，再采用功率为20W，频率为20KHz，速度1000mm/s的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣。重复上述刻蚀和清理过程5次，直至刻蚀深度大于110μm。
(3)表面微弧氧化。将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，电流密度5A/dm2，频率500Hz，占空比50％，正负脉冲数比20：1，在铝合金表面原位生长20μm厚的陶瓷氧化膜，陶瓷氧化膜表面孔隙率为30％。
经上述激光刻蚀清理+微弧氧化复合预处理工艺后，熔结环氧涂层与铝合金基体的界面结合强度达到43.5MPa，相比喷砂预处理，界面结合强度提高45.0％。
采用本发明提供的表面预处理工艺技术方案和具体实施过程，可实现铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆。与现行表面预处理技术相比，具有高效、环保、低成本、高界面结合强度、高耐蚀等优点。具体的发明效果如下：
(1)表面激光清洗代替除油、除锈等化学清洗，简化了表面清洗工艺流程，避免了化学清洗后的废液处理，降低了环境污染风险和综合生产成本。
(2)表面激光刻蚀和清理代替喷砂，实现了表面微观结构有序调控，提高了界面结合强度，解决了薄壁铝件的变形问题和粘砂问题，改善了作业环境，降低了环保设备投资成本。
(3)表面微弧氧化形成的陶瓷氧化膜，提高了铝合金本体的耐蚀性，大大提高了界面比表面积，改善了防腐涂层与基体的界面结合强度，同时还能提高熔结环氧重防腐涂层喷涂时熔结效率和成膜质量。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：铝合金表面清理；
S2：铝合金表面刻蚀和清理；
先采用P1功率的脉冲激光束按预置的刻蚀图样对铝合金表面进行刻蚀，再采用P2功率的脉冲激光束对刻蚀后的表面进行激光清理，去除刻蚀后的表面蚀渣，其中P2＜P1；
S3：表面微弧氧化；
将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，在铝合金表面原位生长预设厚度的陶瓷氧化膜。
2.根据权利要求1所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理重复多次，直至深度大于预设深度H，H≥60μm。
3.根据权利要求2所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，步骤S2的铝合金表面刻蚀和清理重复2～6次，铝合金表面刻蚀深度H越大，步骤S2重复的次数越多。
4.根据权利要求1或2或3所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，步骤S2中刻蚀图样为沟槽型结构，该沟槽型结构呈间断状布置。
5.根据权利要求4所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，步骤S2中刻蚀的沟槽型结构的宽度60～80μm，间隔90～110μm，深度80～110μm。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，步骤S2中，刻蚀时脉冲激光束的P1功率取值为60～100W，频率为15～22KHz，速度为180mm～220mm，清理时脉冲激光束的P2功率取值为15～25W，频率为15～22KHz，速度为800mm～1200mm。
7.根据权利要求6所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，在步骤S1中，采用P3功率的脉冲激光束对铝合金表面进行清洗，P3＜P1。
8.根据权利要求7所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，在步骤S1中，脉冲激光束对铝合金表面进行清洗的次数不少于两次。
9.根据权利要求1或8所述的铝合金贮舱高界面强度重防腐涂覆表面预处理方法，其特征在于，在步骤S3中，将激光刻蚀后的工件放置于氧化槽中进行微弧氧化，采用恒流模式，在铝合金表面原位生长陶瓷氧化膜的预设厚度为15～22μm，陶瓷氧化膜表面孔隙率的取值为28％～32％。
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