一种冷喷涂铝基耐蚀涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种冷喷涂侣基耐蚀涂层及其制备方法，属于金属表面处理技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着我国深海大型油气田开发，深海钻机、钻采平台、浮式生产储油装置的应用将 日益广泛。运些海洋油气装备的上层建筑长期面临着苛刻的海洋大气腐蚀环境，腐蚀失效 问题异常突出，给装备的长周期安全运行带来巨大风险。侣涂层表面可W形成惰性的氧化 物薄膜，具有良好的耐均匀腐蚀性能，作为防腐涂层具有广阔的应用前景。但是，侣涂层在 海洋环境中的纯态是不稳定的，易产生局部腐蚀而导致涂层体系失效，且侣涂层自身也存 在强度和硬度较低的缺点，难W保证装备的长效安全和服役可靠性。
[0003] 近几年来，便携式的低压冷喷涂设备不仅能用于喷涂软金属中含硬质相的复合粉 末，且其经济、便携的特性更适用于野外保养和修复，得到了广泛的应用，已被越来越多的 科技工作者运用到了各商业领域。美国的福特公司[R.C.Mc州ne .Potential Application of Cold-spray Technology in Automotive Manufacturing!!J]. Thermal Spray 2003: Advancing the Science and Applying the Technology,C.Moreau and B.Marple,Eds., ASM International ,2003，p 63-70.]把冷喷涂侣涂层成功地应用于汽车底盘的防腐，同热 喷涂侣涂层相比，冷喷涂侣涂层使用年限更长，得到了比原零件更好的性能。诺下汉大学的 Zhang等[D. Zhang，P. Η. Shipway，D. G. McCartney.工艺参数变化对冷喷涂侣沉积性能研究 [J].中国表面工程，2008,21(4) :1-7.]利用商业纯侣粉，在低碳钢基体上制备了冷喷涂侣 涂层，研究了工艺参数对其沉积性能的影响。北京理工大学的贾利等[贾利，杨素媛.AZ31儀 合金冷喷涂纳米晶侣涂层腐蚀性能[J].材料热处理学报，2014,35(10) :195-198.]采用冷 喷涂技术在儀合金AZ31上制备了纳米晶侣涂层，改善了儀合金的耐蚀性。
[0004] 低压冷喷涂是一种可用于喷涂硬度较低的金属中含硬质陶瓷相的复合粉末的技 术，其优势是设备便携，可用于工作现场使用。但在冷喷涂领域加工生产通过添加稀±、儀 等微量合金元素或变质剂进行改性后的侣基涂层尚无相关报道，同时对于冷喷涂的喷涂粉 的用量组合W及冷喷涂的喷涂工艺参数优化的报道也并无相关的研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种冷喷涂侣基耐蚀涂层，所述涂层通过添加稀±、儀等微 量合金元素对现有侣涂层进行改性，旨在提高新涂层的耐腐蚀性能。
[0006] 一种冷喷涂侣基耐蚀涂层，所述涂层包含A1和AhOsW及M，所述Μ为侣稀±合金和/ 或侣儀合金;所述Α1和Ah〇3中，Ah化体积占比X为1〇%-35% ;所述涂层中，当Μ为侣儀合金 时，Mg元素在涂层中的质量总占比为0.15%-2.5% ;当Μ为侣稀±合金时，RE元素在涂层中 的质量总占比为0.02 % -0.58 % ;当Μ为侣稀±合金和侣儀合金的混合物时，RE元素和Mg元 素的质量之和在涂层中的总占比为〇.〇2%-2.80%，其中RE元素和Mg元素的质量比值为1: 1-3;所述涂层结构表述为：（Al-Xvol %A!203)-M。
[0007]进一步地，当Μ为侣稀±合金时，所述侣稀±合金中，优选稀±的质量占比为 0.1 %-3.0% ;此时Μ在涂层中的质量总占比控制在5.98%-68.08%之间。
[000引进一步地，当Μ为侣儀合金时，所述侣儀合金中，优选儀的质量占比为2.5%- 4.0% ;此时Μ在涂层中的质量总占比控制在1.5%-17.5%之间。
[0009]进一步地，当Μ为侣稀±合金和侣儀合金的混合物时，优选稀±在侣稀±合金中的 质量占比为0.1%-3.0%，儀在侣儀合金中的质量占比为2.5%-4.0%，此时Μ在涂层中的质 量总占比控制在1.5 % -68.08 %之间。
[0010]所述涂层中，控制杂质的质量含量小于0.70%，所述杂质主要有Si、FeXu。
[0011]所述冷喷涂侣基耐蚀涂层的制备方法，包括W下步骤：
[0012 ] (1)选择基体，对其表面进行除油处理，并清洗干净；
[001引（2)将A巧日Al203粉按照Al203粉体积占比10-35%的比例配制，机械混合均匀，然后 再加入Μ粉，机械混合均匀，得到喷涂粉；
[0014] (3)将步骤(2)得到的喷涂粉进行真空烘干；
[0015] (4) W压缩空气和/或惰性气体作为工作气体，进行喷涂，喷涂压力为0.45- 0.72Mpa，喷涂溫度为215°C-300°C，喷涂距离为10~36mm，送粉速率为20~40g/min，喷枪的 横向移动速度为10~30mm/s，得到本发明所述的冷喷涂侣基耐蚀涂层。
[0016] 所述步骤(1)中，所述基体选取低碳钢或合金钢。
[0017] 所述步骤(2)中，所述侣粉的粒径10~30皿，优选球形;所述氧化侣粉的粒径为20 ~40μπι。侣粉中A1的质量分数含99.0 %，氧化侣粉中Al2〇3的质量分数含99.0 %。
[0018] 所述步骤(2)中，Μ粉尺寸在化m~50μπι之间，如果粉末粒径太小容易造成喷枪堵 塞，不安全;粉末粒径太大，沉积效率太低;优选侣稀±合金粉为粒径在5-30WI1的球形颗粒， 侣儀合金粉为粒径在15-35WI1的球形颗粒。
[0019] 所述步骤(3)中，优选喷涂粉末在85-95°C的真空干燥箱中烘干25-35min。
[0020] 所述步骤(4)中，喷涂溫度优选235°C-255°C。
[0021] 本发明不仅可为新型金属基复合涂层的设计和制备提供科学依据及研究基础，还 可为海洋构筑物的长周期安全服役提供一种实用的保障技术。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0023] 1、本发明所述冷喷涂侣基耐蚀涂层，制备工艺简单，操作方便，原材料便宜易得， 设备便携，适用于野外保养及修复。
[0024] 2、本发明制得的侣基耐蚀涂层表面不仅相对均匀一致，而且还致密光滑，孔隙率 低，具有良好的机械性能。
[0025] 3、本发明制得的冷喷涂耐蚀涂层主要W侣、陶瓷相为原材料，具有良好的耐磨损 性能。
[0026] 4、本发明制得的冷喷涂涂层具有优异的耐局部腐蚀性能，克服了侣涂层自身存在 强度和硬度较低的缺陷，可作为适应于现场施工的新型冷喷涂材料，使在海洋油气装备上 服役的上层建筑得到充分的保护，并延长其使用寿命。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明所述涂层的制备流程图，
[0028] 图2是实施例1所得涂层的显微组织照片，
[0029] 图3是实施例4所得涂层的显微组织照片，
[0030] 图4是电化学转移电阻Rt随时间的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明所述冷喷涂侣基耐蚀涂层的制备流程图如图1所示，主要包括：送粉器 (powder feeder)、加热器(gas heater)和喷嘴(nozzle)下通过实施例和附图来说明本 发明所述冷喷涂侣基耐蚀涂层的制备方法。
[0032] 实施例1
[0033] 所述冷喷涂侣基耐蚀涂层的制备方法，包括W下步骤：
[0034] (1)选择厚度为3mm的Q235碳钢作为基体，对其表面进行喷砂、除油处理，然后用丙 酬、无水乙醇进行超声波清洗干净，清洗、干燥后用试样袋封装好，避免表面氧化；
[00对 （2)将A1 (粒径ΙΟμπι的球形）和Al203粉末（粒径为2化m)进行机械混合均匀，其中 Al203粉末体积占比为30 % ;然后再加入侣儀合金粉(粒径为20μπι)，机械混合均匀，侣儀合金 粉加入量占总质量的16.65 %，儀元素占总质量的0.5 %，得到喷涂粉末；
[0036] (3)将步骤(2)得到的喷涂粉末在90°C的真空干燥箱中烘30min;
[0037] (4)打开冷喷涂设备，用磁铁将基体固定在喷涂板上，然后W压缩空气作为工作气 体，喷涂压力为0.5Mpa，喷涂溫度为250°C，喷涂距离为15mm，送粉速率为22g/min，喷枪的横 向移动速度为15mm/s;进行喷涂，制备得到平均厚度在150WI1左右的(Α^30νο1 %Al2〇3)-Al/ Mg涂层。
[0038] 图2是本实施例得到的涂层的显微组织照片，由图1可看出，该涂层组织较为致密， 没有大的裂纹和孔隙，经过软件化Otoshop对图像处理计算涂层的平均孔隙率为1.56 %，增 强了涂层的耐腐蚀性能。
[0039] 实施例2
[0040] 所述冷喷涂侣基耐蚀涂层的制备方法，包括W下步骤：
[0041] (1)选择厚度为4mm的A32钢作为基体，对其表面进行喷砂、除油处理，然后用丙酬、 无水乙醇进行超声波清洗干净，清洗、干燥后用试样袋封装好，避免表面氧化；
[0042] (2)将A1 (粒径20μπι的球形）和Al2〇3粉末（粒径为30μπι)进行机械混合均匀，其中 Α?2〇3粉末体