[發明專利]一種高強度鋼抗腐蝕防護涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201110377099.3
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102424968A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張曉云;郭孟秋;石仲川;孫志華;陸峰;湯智慧;宇波;劉德鑫
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種高強度鋼抗腐蝕防護涂層的制備方法，屬于材料的表面處理技術領域。

背景技術

高強度結構鋼具有高強度、高彈性模量及其它優異性能仍在飛機上廣泛使用，但高強度結構鋼耐腐蝕性能較差，使用時需要進行表面防護。高強度結構鋼高強度具有高的抗拉強度，但對氫脆敏感，因此采取表面防護措施時重要的原則是低氫脆性能。目前飛機用高強度結構鋼廣泛采用的松孔鍍鎘、氯化銨鍍鎘、無氰鍍鎘-鈦工藝雖具有良好的防護性能，并且對氫脆有低的敏感性，但因工藝過程中的鎘是有毒物質，會對生態和環境造成危害，并且當溫度高于80℃時，若鎘鍍層與鈦合金接觸會產生鎘脆，易發生失效斷裂而造成嚴重事故。因此，近幾十年來國內外學者對鋅系合金鍍層開展了廣泛的研究，其中鋅-鎳合金鍍層因具有優異的耐蝕性能而獲得電鍍行業的重視，并在汽車零部件的防護得到應用。但鋅-鎳合金要達到低氫脆性水平，并應用于高強度結構鋼的防護難度較大，需要研制合適的、能夠獲得低氫脆性能的添加劑。目前只有波音公司擁有滿足高強度結構鋼的防護的低氫脆性能電鍍鋅-鎳合金專利。

低溫氣動噴涂是近年來發展起來的一門新興的表面工程技術，利用低溫氣動噴涂技術已經成功實現純金屬、合金以及復合涂層的制備，并在制備納米結構涂層方面展現出優勢。低溫啟動噴涂技術制備的涂層具有氧化物含量低、涂層熱應力小、硬度高、結合強度好等特點，近年來受到了廣泛的關注；而低溫氣動噴涂技術具有成本低、效率高、環保、可實現復合涂層和厚涂層制備等特點，成為噴涂行業的后起之秀。目前冷噴涂可以沉積的金屬有Al、Zn、Cu、Ni、Ca、Ti、Ag、Co、Fe、Nb、Mo、Ta等，其中高熔點金屬有Mo、Ta等；合金有NiCr、McrAlY等；高硬度金屬陶瓷有Cr₃C₂-25NiCr、WC-21Co、WC-12Co等；陶瓷類(氧化物)有Al₂O₃、Cr₂O₃等。

利用低溫氣動噴涂技術制備鋅-鎳涂層，不但能夠根據涂層防護性能需求任意調整和控制涂層中的鋅/鎳比例，而且避免電鍍過程中產生的氫滲入高強度鋼基體的可能性，因此絕對是一種綠色環保的無氫脆防護工藝。目前尚未見低溫氣動噴涂技術制備鋅-鎳涂層的報道。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種高強度鋼抗腐蝕防護涂層的制備方法，其目的是使種復合涂層可以在保證涂層的硬度、致密度和結合強度的前提下，控制涂層中的鋅/鎳成分比例，實現優良的抗腐蝕性能。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種高強度鋼抗腐蝕防護涂層的制備方法，包括以工件表面的預處理、噴涂防護涂層和對防護涂層的后處理工序，其特征在于：所述防護涂層采用球狀鋅粉/電解鎳粉的復合粉末和低溫氣動噴涂工藝制備，所述球狀鋅粉/電解鎳粉的復合粉末中的鋅粉和鎳粉重量百分比分別為65～85％、35～15％。

所述復合粉末是將球狀鋅粉和電解鎳粉，在球磨機中進行研磨混合，時間為48～72小時。所用的鋅粉為度在3～28μm的商用球狀鋅粉，鎳粉為平均粒度為47μm商用電解鎳粉。

優選的工件表面的預處理過程是：采用平均粒度為700μm的白鋼玉砂或150～250μm的石英砂，在0.4～0.6MPa的壓下對工件表面進行噴砂處理，然后用丙酮清洗。

優選的低溫氣動噴涂工藝的要求包括：

工件表面的預處理完成后的一小時內進行；

以高壓壓縮空氣為送粉氣和清掃氣，壓力不低于2.5MPa；

低溫氣動噴涂工藝中的工作氣體壓力為1.5～2.5MPa，溫度30～600℃，送粉率為2～10kg/h。噴涂距離為20～50mm，移動速度為50～100mm/s。

段選的后處理工序中采用陶瓷丸或玻璃丸對涂層進行后處理，其過程分別是：

采用粒徑為0.15mm的陶瓷丸，在0.06～0.08MPa的壓下對涂層進行噴丸處理；

采用粒徑為0.05mm的玻璃丸，在0.1MPa的壓下對涂層進行噴丸處理。

所制備的防護涂層的厚度優選為80～150μm。

本發明技術方案具有以下優點：

1、粉末加熱溫度較低，涂層基本無氧化現象，能夠較好地保留最初粒子的物性；

2、噴涂溫度低，噴涂過程中沒有過多的熱量傳遞到被加工的工件表面；涂層對基體的熱影響很小，不會引起基體工件的高溫變形；