專利名稱：一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提高涂層耐蝕性及耐磨性的封孔處理工藝，特別提供了一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑及其應用。
背景技術：
非晶態(tài)合金由于不存在晶體材料的晶界、缺陷、偏析和析出物等缺陷，表現許多晶態(tài)金屬所不具備的優(yōu)異力學性能(高強度、高比強度、高彈性極限、高的耐磨性)與優(yōu)良耐腐蝕性，具有比常規(guī)不銹鋼更高的耐蝕性和耐沖蝕性。超音速火焰噴涂技術在提高了普通噴涂過程中熔滴的射流速度的同時降低了顆粒的過熱程度，可以制備高硬度、孔隙率低、抗磨損性好以及良好結合強度的涂層。而將非晶合金與表面涂層制備技術相結合，即采用現代先進噴涂技術制備表面非晶涂層有利于推動非晶材料的工程化應用。鐵基非晶合金涂層在保持優(yōu)異的耐磨耐腐蝕性能的同時，又具有較高的性價t匕，更適合于作為表面防護涂層材料而得到推廣應用。但超音速火焰噴涂涂層中孔隙的存在不可避免，即使優(yōu)化噴涂工藝，也不可能完全消除孔隙對涂層腐蝕的不利影響。目前鐵基非晶涂層多用于腐蝕性極其苛刻的環(huán)境，比如含氯離子介質，一些孔隙的存在也會嚴重降低鐵基非晶涂層的使用效果和使用壽命，從而限制超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層作為耐蝕涂層的應用范圍。解決超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層孔隙的主要途徑是采用封孔技術，即采用刷涂或浸泡方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，進而實現對超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔處理。用于涂層的封孔劑一般分為兩種有機類封孔劑和無機類封孔劑。典型的有機類封孔劑主要是一些一元或二元不飽和樹脂類，比如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂等。這些有機樹脂類封孔劑只能作用于涂層表面，不能達到有效的封孔深度。一些無機類封孔齊U，如硅酸鈉水玻璃、鑰酸鈉等也作為一種涂層常用封孔劑，制作簡單、價格低廉。但除了封孔深度受到一定限制外，這些封孔劑在凝固過程中會收縮，導致封孔致密度降低。在外力作用下，這些硬化后的封孔介質極易脆化，致使涂層封孔效果不佳。況且，由于超音速火焰噴涂涂層的致密度比一般噴涂涂層高，常規(guī)的封孔劑很難滲透到涂層內部，對于應用于耐蝕耐磨領域的鐵基非晶涂層來說，有效致密的封孔深度才能保證其長期安全的服役壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑及其應用，通過封孔處理可以極大提高鐵基非晶涂層的耐蝕及耐磨性，以解決普通封孔劑無法實現超音速火焰噴涂涂層有效封孔深度的技術問題。本發(fā)明提供的一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑，其特征在于該封孔劑主要由Al (OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I : (3. 5^5)。其中，所述的Al (OH)3為工業(yè)級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數不少于64. 5%，粉末目數在1250目以上；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發(fā)的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數不低于85%。
本發(fā)明還提供了一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層封孔劑的應用，其特征在于將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷涂或浸泡方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，室溫靜置12小時，使其充分滲入涂層孔隙中，然后將封孔的噴涂涂層放入干燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴涂涂層。
其中，刷涂或浸泡方法的選擇，主要根據熱噴涂涂層產品的規(guī)格和工藝要求，將涂層浸泡于封孔劑中或將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，使其滲入涂層孔隙中。本發(fā)明中，為加速封孔過程，可將刷涂或浸泡后的涂層產品，靜置12小時后，在250°C溫度下加熱保溫4小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴涂產品。本發(fā)明提供的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層封孔劑的應用，其特征在于涂層在封孔前經除油、除銹、表面活化工藝。本發(fā)明提供的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑及其應用，其優(yōu)點在于
(I)該封孔劑為無機類封孔劑，能實現對超音速火焰噴涂類涂層有效封孔深度，與涂層兼容性優(yōu)異，可滿足涂層產品高耐蝕和耐磨性能的要求。(2)該封孔劑的應用工藝簡單、操作方便，封孔周期短。


圖I為封孔位置與未封孔位置及基底顯微硬度對比曲線；
圖2為未封孔涂層與封孔后涂層的循環(huán)極化對比曲線；
圖3為實施例I中封孔后涂層橫截面SEM照片；
圖4為實施例2中封孔后涂層橫截面SEM照片；
圖5為實施例3中封孔后涂層橫截面SEM照片。
具體實施例方式實施例I
非晶涂層的封孔劑，該封孔劑由Al (011)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I :3.5 ;其中，所述的Al (OH)3為工業(yè)級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數為64. 5%，粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發(fā)的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為85%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷涂方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，其基底為304不銹鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入涂層孔隙中，然后將封孔的噴涂涂層放入干燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時，即獲得熱噴涂涂層。性能測試
材料的耐磨性能與涂層硬度緊密相關。測試結果表明封孔后涂層硬度為950HV左右，比未封孔涂層硬度800HV提高了 150HV，具體見圖I (a);硬度提高后，涂層耐磨性能也隨之提高。材料的抗點蝕能力可以通過循環(huán)極化曲線來表征。循環(huán)極化曲線上反向掃描電流密度與鈍化膜的穩(wěn)定性相關，較小的滯回環(huán)反映出材料具有較高的抗點蝕能力。與未封孔涂層相比，磷酸鋁封孔涂層的循環(huán)極化曲線上呈現出較小的滯回環(huán)，說明涂層的抗點蝕能力可以通過磷酸鋁封孔處理得以提高，具體見圖2，其中(a)為未封孔涂層，(b)為用重量比為I :3. 5的封孔劑封孔后涂層；對涂層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入涂層表面50Mm左右，具體見圖3 ;可見，封孔材料有效的填充了原涂層中的孔隙，降低了涂層的孔隙率。而孔隙率的降低也提高了涂層的耐腐蝕能力。實施例2
非晶涂層的封孔劑，該封孔劑由Al (011)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I :4.2 ;其中，所述的Al (OH)3為工業(yè)級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數為64. 5%，粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發(fā)的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為85%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷涂方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，其基底為304不銹鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入涂層孔隙中，然后將封孔的噴涂涂層放入干燥箱中加熱，依次在100°C、200°C、25(rC溫度下各保溫2小時。性能測試
測試結果表明封孔后涂層硬度為960HV左右，比未封孔涂層硬度740HV提高了 220HV， 具體見圖1(b);硬度提高后，涂層耐磨性能也隨之提高。與未封孔涂層相比，磷酸鋁封孔涂層的循環(huán)極化曲線上呈現出較小的滯回環(huán)，具體見圖2，其中(a)為未封孔涂層，(c)為用重量比為I :4. 2的封孔劑封孔后涂層，說明涂層的抗點蝕能力可以通過此配比的封孔劑得以提高；對涂層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入涂層表面60Mffl左右，具體見圖4;可見，此配比的封孔劑可有效的填充了原涂層中的孔隙，降低涂層孔隙率，提高涂層的耐腐蝕能力。實施例3
非晶涂層的封孔劑，該封孔劑由Al (OH)JP H3PO4組成，且相應的重量比為I :5 ;其中，所述的Al (OH)3為工業(yè)級白色粉末狀產品,其中含Al2O3的質量分數為67%,粉末目數為1250目；所述的H3PO4S粘稠的、不揮發(fā)的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數為90%，將上述封孔劑加熱至70° C，待其反應成清澈溶液，使用刷涂方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，其基底為304不銹鋼基底，室溫靜置12小時，使其充分滲入涂層孔隙中，然后將封孔的噴涂涂層放入干燥箱中加熱，依次在100°C、20(TC、25(rC溫度下各保溫2小時。性能測試
測試結果表明封孔后涂層硬度為950HV左右，比未封孔涂層硬度780HV提高了 170HV，具體見圖1(c);硬度提高后，涂層耐磨性能也隨之提高。與未封孔涂層相比，磷酸鋁封孔涂層的循環(huán)極化曲線上呈現出較小的滯回環(huán)，具體見圖2，其中(a)為未封孔涂層，(d)為用重量比為I :5的封孔劑封孔后涂層，說明涂層的抗點蝕能力可以通過此配比的封孔劑得以提高；對涂層截面進行掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)可以看出，封孔材料滲入涂層表面60Mffl左右，具體見圖5 ;可見，此配比的封孔劑可有效的填充了原涂層中的孔隙，降低涂層孔隙率，提高涂層的耐腐蝕能力。
權利要求
1.一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑，其特征在于該封孔劑主要由Al (OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為I : (3. 5^5)。
2.按照權利要求I所述的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑，其特征在于所述的Al (OH) 3為工業(yè)級白色粉末狀產品，其中含Al2O3的質量分數不少于64. 5%，粉末目數在1250目以上。
3.按照權利要求I所述的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑，其特征在于所述的H3PO4為粘稠的、不揮發(fā)的正磷酸鹽濃溶液，磷酸含量的質量分數不低于85%。
4.一種按照權利要求I所述的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層封孔劑的應用，其特征在于將上述封孔劑加熱至70° C，使用刷涂或浸泡方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，室溫靜置12小時，然后將封孔的噴涂涂層依次在100°C、200°C、25(rC溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴涂涂層。
5.按照權利要求4所述的超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層封孔劑的應用，其特征在于涂層在封孔前經除油、除銹、表面活化工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層的封孔劑及其應用，其特征在于該封孔劑主要由Al(OH)3和H3PO4組成，且相應的重量比為14.2；具體的應用工藝為將上述封孔劑加熱至70°C，使用刷涂或浸泡方法將封孔劑均勻涂覆于涂層表面，室溫靜置12小時，然后將封孔的噴涂涂層依次在100℃、200℃、250℃溫度下各保溫2小時，即可獲得封孔效果良好的熱噴涂涂層；該封孔劑為無機類封孔劑，能實現對超音速火焰噴涂類涂層有效封孔深度，具有與涂層兼容性優(yōu)異，可滿足涂層產品高耐蝕和耐磨性能要求的優(yōu)點，此外，該封孔劑的應用工藝簡單、操作方便，封孔周期短。
文檔編號C23C4/18GK102796983SQ20111013770
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者孫文海, 王勇, 王建強, 鄭玉貴, 王淑蘭, 常新春, 侯萬良 申請人:中國科學院金屬研究所