高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法，屬于金屬表面防護技術領域。它主要由外包層和粉芯組成：外包層為Zn-Al合金帶；粉芯主要由納米Al2O3粉、納米TiO2粉、納米Y2O3粉組成，它們的重量百分比分別為Al2O3粉60%~70%、TiO2粉10%~20%、余量為Y2O3粉。所述納米粉芯占絲材總重量的5%~20%。用電弧噴涂方法將此新型Zn-Al納米粉芯絲材噴涂可制備Zn-Al納米復合涂層。該涂層的抗海洋性氣候腐蝕性能與硬度均遠高于普通電弧噴涂Zn-Al涂層。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于金屬表面防護
，特別涉及ー種。
技術介紹
電弧噴涂Zn-Al涂層是國內針對海洋性氣候腐蝕對鋼鐵件采取的重要保護手段，但目前國內的電弧噴涂Zn-Al涂層存在著耐海洋性氣候腐蝕性能不足的情況，給國家經濟與發(fā)展帶來重大損失。我國海軍艦艇防腐維修費用毎年高達約百億人民幣，艦艇因腐蝕而喪失戰(zhàn)斗性能貽誤戰(zhàn)機的事故也曾有發(fā)生。例如某潛艇上層殼體因嚴重腐蝕失去強度，弓丨起鋼板破裂；停靠在舟山碼頭的某艇因雜散電流腐蝕而沉沒在碼頭邊；鋁殼魚雷快艇在伏擊敵艦的關鍵時刻因海生物附著，腐蝕嚴重而無法起動；新造的某艦不到一年底板就腐蝕漏穿。在沿海作戰(zhàn)的其他武備同樣也被海洋嚴重腐蝕所困擾，艦載直升機的服役壽命只有 陸上使用的同機型壽命的2 / 5;海上的兩棲突擊戰(zhàn)車(水陸兩用坦克)其腐蝕狀況比內陸內河使用的要嚴重得多。因此專利技術ー種高耐腐蝕性的涂層至關重要。常見的電弧噴涂Zn-Al絲材有Zn-Al合金絲材、Zn帶包Al絲絲材、Zn-Al粉芯絲材。目前國內有學者研究新型的粉芯絲材，將改性材料以粉芯的形式加入到Zn-Al絲材中，來達到提高Zn-Al耐蝕性的目的。如2008年11月出版的《金屬熱處理》第11期中“熱噴涂Zn_Al_Mg_RE涂層組織及耐蝕性能研究”一文中采用高速電弧噴涂(HVA S )及粉芯絲材技術制備了 Zn-Al-M g-RE涂層，通過Mg元素和RE元素的添加降低電弧噴涂Zn-Al合金涂層的孔隙率，但對涂層的耐腐蝕性能和硬度沒有明顯的改善。目前國內仍沒有一種現(xiàn)實有效的技術來大幅度提高電弧噴涂Zn-Al涂層耐腐蝕性能和強硬度。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是針對現(xiàn)有電弧噴涂鋅鋁涂層耐海洋性氣候腐蝕性能與力學性能不足的情況，提供ー種。該粉芯絲材通過電弧噴涂技術制備Zn-Al納米復合涂層，以提高Zn-Al涂層的耐海洋性氣候腐蝕性能。為達到以上目的，本專利技術采用的技術方案如下 ー種，其特征在于它由外包層和粉芯組成外包層為Zn-Al合金帶；粉芯由納米Al2O3粉、納米TiO2粉、納米Y2O3粉組成,所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉60°/Γ70%、納米TiO2粉10°/Γ20%、余量為納米Y2O3粉，所述納米粉芯占絲材總重量的59Γ20%。其具體制備方法如下 (I)以20°/Γ35%蒸餾水為潤濕劑，O. 59Π). 7%聚こニ醇為分散劑和1°/Γ3%的聚こ烯醇為粘結劑，余量為納米粉末，使用超聲波法將納米粉末分散，機械攪拌制成均勻混合的料漿。(2)采用壓力噴霧造粒裝置，霧化壓カ為O. 4MPa，干燥室溫度選擇在300°C ^320°C范圍。料漿噴入干燥室內霧化，在熱空氣中霧滴迅速干燥，形成微米尺寸的納米結構填料。(3)采用多功能藥芯絲材成型設備，粉芯絲材的外包層選用寬12 16mm，厚I. (Tl. 2mm的Zn-Al合金帶,將Zn-Al合金帶經過幾道軋棍的軋制后形成成槽形,將納米結構填料送入金屬槽內，加分系數(shù)為89Γ28%，再經過幾道軋輥的軋制后金屬帶逐步合成圓形，軋制成型的線材。(4)將成型的絲材在拔絲機上經3道拉拔逐步減徑至Φ I. OmmΦ3. Omm制成電弧噴涂用粉芯絲材。本專利技術與現(xiàn)有Zn-Al絲材相比，具有的有益效果是該粉芯絲材噴涂所制涂層，通過納米材料的添加增強涂層的耐腐蝕性能和力學性能。納米材料的表面效應使得界面上的雜質元素含量大幅度降低，改善涂層的力學性能。納米粒子的小尺寸效應，起到阻礙涂層中位錯移動的作用，增大涂層的強硬度。此外該涂層中的納米Al203、Ti02、和Y2O3還大大改善了涂層的孔隙率、耐腐蝕性能和結合強度。此Zn-Al納米復合涂層與非納米Zn-Al涂層相比孔隙率為O. 0209Γ0. 050%，遠低于非納米Zn-Al涂層的孔隙率(O. Ρ/Γ5. 0%);該粉芯絲材噴涂所制涂層硬度為380HV 410HV，比非納米Zn-Al涂層的硬度(240HV)高出大約58% 70%。中性鹽霧腐蝕試驗表明該鋅鋁納米復合涂層的腐蝕速率為O. Ollg/ Cm2 · h) ^0. 020 g/ (m2 ·1ι),遠低于非納米Zn-Al涂層的O. 038 g/ (m2 *h)0本專利技術的粉芯絲材噴涂所制Zn-Al納米復合涂層的耐腐蝕性能和綜合力學性能遠高于非納米Zn-Al涂層，對電弧噴涂Zn-Al涂層的研究與應用具有重大現(xiàn)實意義。具體實施例方式本專利技術Zn-Al納米系粉芯絲材及其涂層制備方法如下 I、以蒸餾水為分散劑，使用超聲波法將納米粉末分散。在分散后的納米粉末中，加入水、O. 7%聚こニ醇分散劑和聚こ烯醇(PVA)粘結劑，然后機械攪拌制成均勻混合的料漿。2、采用壓力噴霧造粒裝置，霧化壓カ為0.4 MPa，干燥室溫度選擇在320°C范圍。料漿噴入干燥室內霧化，在熱空氣中霧滴迅速干燥，形成微米尺寸(粒徑為80um±5um)的納米結構填料。3、采用多功能藥芯絲材成型設備，粉芯絲材的外包層選用寬12 16mm，厚I. (Tl. 2mm的Zn-Al合金帶,將Zn-Al合金帶經過幾道軋棍的軋制后形成成槽形,將納米結構填料送入金屬槽內，加分系數(shù)為89Γ28%，再經過幾道軋輥的軋制后金屬帶逐步合成圓形，軋制成型的線材。4、將成型的絲材在拔絲機上經3道拉拔逐步減徑至I. 0mnT3. 0mm。5、采用高速電弧噴涂機將上述規(guī)范制備的Zn-Al納米粉芯絲材在經過表面預處理的基體表面噴涂制備涂層，其エ藝參數(shù)如下 空氣壓縮壓カ0. 7MPa 噴涂電壓35V 噴涂電流240A 噴涂距離170mm 下面，給出制備本專利技術的高耐腐蝕性高硬度的電弧噴涂Zn-Al納米粉芯絲材的ー些優(yōu)選的具體實施例。實施例I外包層選用寬16mm，厚O. 8mm的Zn-Al合金帶，粉芯填充率為5%。粉芯的組成及其重量百分比如下 組分重量百分比(％) 納米Al2O3粉70 納米TiO2粉20 納米Y2O3粉10 粉芯絲材直徑為2mm 按上述規(guī)范制成的粉芯絲材經電弧噴涂于Q235鋼エ件上形成的噴涂層具有以下特征效果 1、SEM觀察結合Image-Pro Plus圖像分析軟件測試涂層的孔隙率僅為O. 042%，遠低于非納米鋅鋁涂層的孔隙率(19Γ5. 0%)。2、該鋅鋁納米復合涂層采用維氏硬度計測得硬度為380HV，比非納米鋅鋁涂層硬度(240HV)高出 58. 33%。3、參照GB/T10125-1997中性鹽霧腐蝕試驗，試驗周期為lOOOh，該鋅鋁納米復合涂層的腐蝕速率為O. 017 g/ (m2*h)，遠低于非納米鋅鋁涂層的O. 038 g/ (m2 · h)。該納米復合涂層的耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)異，遠高于非納米鋅鋁涂層。實施例2 外包層選用寬16mm，厚O. 8mm的Zn-Al合金帶，粉芯填充率為5%。粉芯的組成及其重量百分比如下 組分重量百分比(％) 納米Al2O3粉65 納米TiO2粉、15 納米Y2O3粉20 粉芯絲材直徑為2mm 按上述規(guī)范制成的粉芯絲材經電弧噴涂于Q235鋼エ件上形成的噴涂層具有以下特征效果 1、SEM觀察結合Image-Pro Plus圖像分析軟件測試涂層的孔隙率僅為O. 030%，遠低于非納米鋅鋁涂層的孔隙率(O. 19Γ5. 0%)。2、該鋅鋁納米復合涂層維氏硬度為400HV，比非本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種高性能電弧噴涂Zn？Al粉芯絲材及其制備方法，其特征在于：它由外包層和粉芯組成：外包層為Zn？Al合金帶；粉芯由納米Al2O3粉、納米TiO2粉、納米Y2O3粉組成，所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉60%~70%、納米TiO2粉10%~20%、余量為納米Y2O3粉，所述納米粉芯占絲材總重量的5%~20%。

【技術特征摘要】
1.ー種高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法，其特征在于它由外包層和粉芯組成外包層為Zn-Al合金帶；粉芯由納米Al2O3粉、納米TiO2粉、納米Y2O3粉組成,所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉60°/Γ70%、納米TiO2粉10°/Γ20%、余量為納米Y2O3粉，所述納米粉芯占絲材總重量的5°/Γ20%。2.根據(jù)權利要求I所述的高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法，其特征在于所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉70%、納米TiO2粉20%、余量為納米Y2O3粉。3.根據(jù)權利要求I所述的高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法，其特征在于所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉65%、納米TiO2粉15%、余量為納米Y2O3粉。4.根據(jù)權利要求I所述的高性能電弧噴涂Zn-Al粉芯絲材及其制備方法，其特征在于所述粉芯的成分的重量百分比分別為納米Al2O3粉60%、納米TiO2粉20%、余量為納米Y2O3粉。5.根...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：姚正軍，周文斌，魏東博，周金堂，李婷，朱俊謀，羅西希，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發(fā)明
國別省市：