一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法

本发明属于金属表面防护处理，具体涉及一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法。

背景技术：

1、等离子电解氧化是从传统阳极氧化发展而来的，是一种先进的表面处理技术，用于阀金属(铝、镁、钛和锆等)及其合金上形成陶瓷涂层。该技术在高电压下工作，导致金属表面氧化膜的介电击穿，其特征在于金属/电解质界面处的移动等离子体放电。对于碳钢、铁、铜和镍等非阀金属，等离子电解氧化通常被认为是不切实际的，因为无法产生对等离子电解氧化涂层生长必不可少的稳定火花状态。通常对于非阀金属金属这里以钢铁为例，一种方法是通过控制实验条件对金属直接等离子电解氧化，但是这种方法对实验条件要求极为苛刻并且尚在实验探索阶段；另一种做法是对金属材料表面进行二次处理如热浸镀铝而后进行氧化，这种工艺方法过于繁琐并且此工艺本身需要将金属加热到熔融状态，合金涂层易产生氧化相变且工件本身也容易因为产生较大热应力发生失效。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的问题，实现在非阀金属表面形成有效的保护层，本发明提供一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法，通过先在非阀金属表面冷喷涂铝层，再进行等离子电解氧化，在非阀金属表面制备氧化铝陶瓷膜，最后原位生成能够对等离子电解氧化膜本身的多孔层进行有效的封闭的ldhs，实现非阀金属表面防护性能的根本性提高，此工艺制备方案绿色、安全、工艺简单。

2、为了实现本发明目的，所采用的技术方案如下：

3、一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将非阀金属工件表面依次进行喷砂和冷喷涂形成al涂层；

5、(2)对冷喷涂形成的al涂层表面进行等离子电解氧化，形成氧化铝膜；

6、(3)原位生长zn-al-ldhs膜：将等离子电解氧化后的非阀金属工件进行封装，然后放入六水合硝酸锌和硝酸铵的混合溶液中原位生长，其反应温度为90℃～100℃，反应时间为15～30h，最终获得al2o3/zn-al-ldhs复合涂层，实现对非阀金属的防腐保护；

7、(4)反应完毕的工件进行超声清洗，再用去离子水清洗干净，放入干燥箱干燥。

8、进一步的，冷喷涂的工艺参数为：送粉气体及工作气体均为压缩空气，气体压力为0.8～1.2mpa，气体加热温度为400℃～600℃，送粉量为40～60g/min，冷喷涂进行时喷枪距离基体表面的距离为10～12mm，喷枪与基体的相对移动速度为10～12mm/s。

9、进一步的，冷喷涂形成的al涂层厚度为200μm～500μm。

10、进一步的，等离子电解氧化前使用环氧树脂和固化剂对非阀金属工件非处理区域进行密封，只露出冷喷涂表面，基体底部用铜导线连接。环氧树脂和固化剂的比例为1：1。本发明可以对非阀金属工件需求的特定面进行选择性al2o3/zn-al-ldhs复合涂层的制备，也可以对工件的全部裸露表面进行复合涂层的制备。

11、进一步的，等离子电解氧化所用槽液含九水合硅酸钠12g/l，氢氧化钾5g/l，氟化钠0.5g/l。

12、进一步的，等离子电解氧化法的具体参数为：以非阀金属工件作为阳极，不锈钢槽作为阴极，电源为脉冲交流电源，采用恒流模式，电流密度采用20-50a·dm-2,氧化时间为20min，频率为600hz，占空比为20％，并通过水冷系统控制电解液温度在30℃以下。

13、进一步的，进行原位生成ldhs前取出等离子电解氧化后样品，并对其使用环氧树脂和固化剂重新密封,只露出等离子电解氧化的表面。环氧树脂和固化剂的比例为1：1。

14、进一步的，按质量浓度计算，混合溶液中六水合硝酸锌1.0-2.0mg/ml、硝酸铵20-30mg/ml。

15、进一步的，滴入氨水调节六水合硝酸锌和硝酸铵的混合溶液ph值为中性。

16、与现有技术相比，本发明的优点及有益效果如下：

17、传统技术中非阀金属表面难以进行等离子电解氧化，及等离子电解氧化后面临的基体加热后服役性能降低、膜层致密度不佳、膜厚不均匀、腐蚀介质容易从薄弱处膜层的孔洞处进入造成腐蚀、生产工艺复杂等诸多问题，然而本发明通过先在非阀金属工件表面冷喷涂铝层，为等离子电解氧化提供条件，进而在非阀金属形成等离子电解氧化膜(氧化铝陶瓷膜)，最后通过原位生长zn-al-ldhs克服等离子电解氧化膜的缺陷，对等离子电解氧化膜本身的多孔层进行有效的封闭，具体的，zn-al-ldhs是在氧化铝陶瓷膜上原位生长具有足够的结合力，通过zn-al-ldhs本身缓蚀特性和超疏水化特性阻碍腐蚀介质从等离子电解氧化膜的较薄处进入，极大提高对非阀金属表面的防腐效果。此工艺的制备方案绿色、安全、工艺简单。

18、2.本发明专利通过对特定步骤时的工件进行密封处理，实现了对工件需求的特定面进行选择性al2o3/zn-al-ldhs复合涂层的制备，也可以对工件的全部裸露表面进行复合涂层的制备，最终发现不论是在al2o3膜的制备阶段还是zn-al-ldhs的原位生成阶段涂层均不受密封步骤的影响。

技术特征：

1.一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：冷喷涂的工艺参数为：送粉气体及工作气体均为压缩空气，气体压力为0.8～1.2mp a，气体加热温度为400℃～600℃，送粉量为40～60g/min，冷喷涂进行时喷枪距离基体表面的距离为10～12mm，喷枪与基体的相对移动速度为10～12mm/s。

3.根据权利要求1所述的非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：冷喷涂形成的al涂层厚度为200μm～500μm。

4.根据权利要求1所述的非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：等离子电解氧化所用槽液含九水合硅酸钠12g/l，氢氧化钾5g/l，氟化钠0.5g/l。

5.根据权利要求1所述的非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：等离子电解氧化法的具体参数为：以非阀金属工件作为阳极，不锈钢槽作为阴极，电源为脉冲交流电源，采用恒流模式，电流密度采用20-50a·dm-2,氧化时间为20min，频率为600hz，占空比为20％，并通过水冷系统控制电解液温度在30℃以下。

6.根据权利要求1所述的非阀金属表面防腐涂层的制备方法，其特征在于：按质量浓度计算，混合溶液中六水合硝酸锌1.0-2.0mg/ml、硝酸铵20-30mg/ml。

技术总结
本发明属于金属表面防护处理技术领域，具体涉及一种非阀金属表面防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：将非阀金属工件表面依次进行喷砂和冷喷涂形成Al涂层；对冷喷涂形成的Al涂层表面进行等离子电解氧化，形成氧化铝膜；原位生长Zn‑Al‑LDHs膜：将等离子电解氧化后的非阀金属工件进行封装，然后放入六水合硝酸锌和硝酸铵的中性混合溶液中原位生长，其反应温度为90℃～100℃，反应时间为15～30h，最终获得Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/Zn‑Al‑LDHs复合涂层；反应完毕的工件进行超声清洗，再用去离子水清洗干净，放入干燥箱干燥。本发明方法可极大提高对非阀金属表面的防腐效果。

技术研发人员：涂浩,丁宇翔,彭浩平,吴长军,刘亚,王建华,苏旭平
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11