一种复合材料、在金属基体上喷涂涂层的方法和防腐涂层与流程

本发明属于表面热喷涂技术领域，具体涉及一种复合材料、在金属基体上喷涂涂层的方法和防腐涂层。

背景技术：

金属的腐蚀是金属在环境的作用下引起的破坏或变质，由于金属材料腐蚀造成能源损失、设备损坏和气液泄漏等现象在电力系统和工业系统等领域中时有发生，不仅造成巨大的经济损失，而且容易造成巨大的环境污染，危害人民的健康。因此，对金属防腐技术的研究及其开发是近年来相关技术人员的研究重点。

铝合金暴露在空气中其表面容易被氧化形成一层保护膜，一般情况下该保护膜能够有效地保护铝合金，防止金属被进一步腐蚀。然而海洋大气或者工业大气等恶劣大气环境中，铝合金由于空气中存在的电解质常发生电化学腐蚀，表面出现点蚀，严重影响材料的使用寿命。因此，为了提高铝合金寿命，目前出现了各种用于防腐的表面处理方法，其中包括化学转化、阳极氧化、电镀等，这些方法方便快捷，成本低，但是存在污染环境的缺陷。近年来出现的热喷涂技术工艺灵活，适用范围广，生产效率高，用于热喷涂工艺加工的工件受热少，工件产生的应力变形小，环境污染小。热喷涂技术用于防腐涂层的制备具有明显的优势，比如涂层质量可控、涂层厚度可控、基底沉积面积宽等。

目前的热喷涂技术的喷涂涂层材料主要是具有强防腐性能的氧化物陶瓷材料。氧化物陶瓷材料具有高强度、抗氧化、耐高温、高硬度、耐腐蚀等优点，然而该类材料普遍存在韧性低、延展性差，容易产生裂纹，发生脆性脱落等技术缺陷。因此，喷涂涂层材料的选择在热喷涂技术中起到了极其关键的作用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种复合材料、在金属基体上喷涂涂层的方法和防腐涂层，通过该方法制备得到的涂层具有超强的结合力和耐腐蚀性，韧性好、硬度高，不容易产生裂纹或发生脆性脱落。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种涂层复合材料，包括：

氧化铝粉30～60份；

钛粉10～30份；

钽粉2～6份；

所述份数为重量份数。

优选的，所述氧化铝粉、钛粉和钽粉的粒径均为20～200nm，更优选为40～70。

更优选的，所述涂层复合材料包括：

氧化铝粉40～45份；

钛粉20～23份；

钽粉3～4份。

本发明还提供了一种在金属基体上喷涂涂层的方法，包括以下步骤：

a)在经过预处理的金属基体的表面进行喷砂处理；

b)采用等离子喷涂技术对经过喷砂处理的金属基体进行喷涂，在所述金属基体表面制备涂层；

其中，制备所述涂层的喷涂材料为上述涂层复合材料。

优选的，所述喷涂的参数包括：

喷涂功率：15～35kw；

喷涂距离：80～100mm；

主气ar流量：50～70l/min；

辅气he流量：10～20l/min；

送粉量：9～18g/min；

喷枪移动速度：350～450mm/s。

更优选的，所述喷涂的参数包括：

喷涂功率：20～24kw；

喷涂距离：80～100mm；

主气ar流量：60l/min；

辅气he流量：15l/min；

送粉量：15g/min；

喷枪移动速度：400mm/s。

优选的，步骤a)中所述金属基体包括铝合金、钛合金或钢铁。

优选的，步骤a)中所述喷砂所采用的砂为300目的氧化铝。

优选的，步骤a)中所述预处理包括：采用600#、1000#或1500#砂纸打磨，然后依次采用乙醇、丙酮和去离子水进行清洗，再进行烘干。

本发明还提供了一种由上述方法得到的防腐涂层，所述防腐涂层覆盖在基体表面；

所述防腐涂层为钽金属涂层。

优选的，所述涂层的厚度为30～40μm。

综上所述，本发明所提供的涂层复合材料包括氧化铝粉、钛粉和钽粉，采用该涂层复合材料作为喷涂涂层材料在金属基体表面进行喷涂，可在金属基体表面制备得到一种性能良好的涂层，该涂层表面均匀致密，具有超强的结合力和耐腐蚀性，其韧性好、硬度高，不容易产生裂纹或发生脆性脱落。经实验验证，采用上述方法在铝合金基体表面制备的涂层厚度为30～40μm，其极化电流是5.66×10^-6a/cm²，极化电压是-0.6625v，而且在浓硝酸中37℃恒温浸泡24小时之后，涂层没有出现腐蚀，表明该涂层具有超强的结合力和耐蚀性。与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1)本发明采用等离子喷涂技术将纳米级的al2o3-ti-ta涂层复合材料作为涂层喷涂材料融化喷涂于铝合金基体表面制备涂层，钽的硬度低，熔点高，具有良好的延展性，韧性强，可以拉成薄膜，钽、钛和氧化铝协同作用，使得该涂层具有超强的结合力和优良的耐蚀性能，其致密性高，韧性好，不容易产生裂纹或发生脆性脱落；

2)钽、钛和氧化铝的化学性质稳定，通过本发明制备的涂层具有超强耐腐蚀性，常温下可以防止浓酸腐蚀；

3)本发明喷涂制备的涂层均匀，致密性好，热膨胀系数和铝基材相近，在高温下可以长期使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1制备的涂层的表面形貌图；

图2为实施例1制备的涂层的横截面图；

图3为实施例1制备的涂层和经过喷砂处理的6063铝合金的极化曲线。

具体实施方式

为了克服现有喷涂涂层材料得到的喷涂涂层存在的韧性低、延展性差，容易产生裂纹，发生脆性脱落等技术缺陷，本发明提供了一种涂层复合材料包括氧化铝粉、钛粉和钽粉，氧化铝粉具有较好的化学稳定性、耐腐蚀性和热稳定性，然而其涂层为多孔结构，降低涂层的力学性能和抗腐蚀性；钛粉可以有效地减少涂层孔隙,提高涂层致密性；钽粉具有极高的抗腐蚀性；氧化铝粉、钛粉和钽粉混合使用，可协同发挥各组分的作用，实现一加一大于二的功效。因此，采用上述涂层复合材料作为喷涂涂层材料在金属基体表面进行喷涂，可在金属基体表面制备得到一种性能良好的涂层，该涂层表面均匀致密，具有超强的结合力和耐腐蚀性，其韧性好、硬度高，不容易产生裂纹或发生脆性脱落。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1、预处理铝合金表面：

首先，采用600#、1000#和1500#砂纸逐级打磨铝合金表面，去除6063铝合金表面的氧化层；然后，依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗材料表面的油层；最后，将清洗后的6030铝合金置于烘箱中烘干。

2、喷砂处理：将清洗后的6030铝合金放置于喷砂室里面，用喷砂枪喷金属基体的表面，所用到的砂为300目的氧化铝；接着，对经过喷砂处理的6030铝合金进行超声清洗并烘干。

3、采用等离子体喷涂技术在铝合金基体的表面喷涂：通过abb机械手控制手柄程序的手动模式对机械臂的六个转动轴进行校准，校准完成之后，设置喷涂程序，输入喷涂功率，主气和辅气大小、送粉速率等参数。过程中，首先在600℃下使用等离子焰对样品表面进行预处理，防止喷涂过程中热应力变化过大导致的金属基体变形，增强涂层与基底结合力；然后采用自动程序进行喷涂；最后将喷涂的样品放置室温下缓慢冷却，再清洗，得到表面覆盖有防腐涂层的铝合金。其中，所涉及的喷涂技术参数分别为：喷涂功率30kw，主气(ar)流量60l/min，辅气he流量15l/min，送粉速率15g/min，喷涂距离100mm，喷枪移动速率400mm/s。喷涂的涂层材料组成为：氧化铝粉45份、钛粉22份和钽份3份。其中混合粉的组成：氧化铝粉45份，钛粉22份，钽份3份。

采用超声方法，对喷涂涂层的稳定性进行验证。经过超声(昆山超声仪器有限公司，40khz，80w)处理1小时之后，发现涂层仍然完好无损，没有脱落与开裂的现象，与基材结合较好，说明该图层具有超强的结合力和耐腐蚀性，其韧性好、硬度高，不容易产生裂纹或发生脆性脱落。

图1和图2采用德国zeiss公司场发射扫描电子显微镜分别观察喷涂涂层的表面及其横截面形貌的结果，发现涂层的厚度约为30～40μm。接着，对喷涂涂层的极化电流和极化电压进行检测，得到如图3所示的极化曲线，发现该喷涂涂层的极化电流是5.66×10^-6a/cm²，极化电压是-0.6625v。据文献报道，6063铝合金的极化电流和电压分别是9.20×10^-6a/cm²、-0.871v(trans.nonferrousmet.soc.china.26(2016).806-813)；氧化铝/二氧化铁/三氧化镧涂层的极化电流和电压是3.21×10^-7a/cm²、-0.69205v(materials_anddesign114(2017)537-545)。因此，本实施例得到的喷涂涂层的防腐特性较强。

实施例2

本实施例在6030铝合金基体表面喷涂涂层的方法和实施例1大体相同，区别仅在于：

喷涂技术参数分别为：喷涂功率30kw，主气(ar)流量50l/min，辅气he流量20l/min，送粉速率15g/min，喷涂距离100mm，喷枪移动速率400mm/s。

喷涂的涂层材料组成为：氧化铝粉60份，钛粉30份，钽份3份。

其余地方和实施例1的相同，此处不再一一赘述。

实施例3

本实施例在6030铝合金基体表面喷涂涂层的方法和实施例1大体相同，区别仅在于：

喷涂技术参数分别为：喷涂功率20kw，主气(ar)流量60l/min，辅气he流量15l/min，送粉速率15g/min，喷涂距离80mm，喷枪移动速率400mm/s。

喷涂的涂层材料组成为：氧化铝粉40份，钛粉30份，钽份6份。

其余地方和实施例1的相同，此处不再一一赘述。

实施例4

本实施例在6030铝合金基体表面喷涂涂层的方法和实施例1大体相同，区别仅在于：

喷涂技术参数分别为：喷涂功率30kw，主气(ar)流量60l/min，辅气he流量15l/min，送粉速率9g/min，喷涂距离100mm，喷枪移动速率350mm/s。

喷涂的涂层材料组成为：氧化铝粉60份，钛粉10份，钽份2份。

其余地方和实施例1的相同，此处不再一一赘述。

实施例5

本实施例在6030铝合金基体表面喷涂涂层的方法和实施例1大体相同，区别仅在于：

喷涂技术参数分别为：喷涂功率28kw，主气(ar)流量60l/min，辅气he流量15l/min，送粉速率15g/min，喷涂距离90mm，喷枪移动速率300mm/s。

喷涂的涂层材料组成为：氧化铝粉35份，钛粉30份，钽份6份。

其余地方和实施例1的相同，此处不再一一赘述。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。