一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺

摘要

本发明公开了一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺，包括如下步骤：（1）镁合金表面清洗处理、（2）镁合金表面喷砂处理、（3）电弧喷涂处理。本发明对镁合金表面电弧喷涂工艺进行了合理的优化改善，最终制得的涂层具有与基材结合力强，致密性高，耐腐特性好等优点，很好的提升了镁合金的使用质量和寿命，推广价值较高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料表面喷涂方法，具体涉及一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺。

背景技术

随着社会的发展，镁合金材料的应用越来越广泛，但是由于镁的化学性质十分活泼，对基体保护能力差，导致镁合金不适用于大多数的腐蚀性环境。因此研究镁及镁合金表面防蚀处理方法，对拓宽镁合金应用范围具有十分重要的意义。电弧喷涂是现在较为热门的喷涂技术之一，其喷涂质量相对稳定，成本低，安全性好，生产的效率高，但电弧喷涂是依靠熔融的金属微粒互相堆叠在工件表面，其相互堆叠结合处在外力的作用下会产生一定缝隙，且喷涂处理时颗粒会被氧气氧化，从而会降低喷涂的质量，随着对加工生产技术要求的不断提高，电弧喷涂处理的工艺也需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺，包括如下步骤：

（1）镁合金表面清洗处理：

先将待加工的镁合金浸入到工业除油剂中浸泡处理15~20min，去除其表面油类杂质后取出，用去离子水冲洗一遍后备用；

（2）镁合金表面喷砂处理：

用喷砂机对步骤（1）处理后的镁合金进行表面喷砂处理，控制喷砂的压力为1.7~2.0MPa，喷砂完成后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，去除镁合金表面被镶嵌的颗粒杂质后备用；

（3）电弧喷涂处理：

将特制的喷丝放入电弧喷涂机中对步骤（2）处理后的镁合金进行电弧喷涂处理，期间控制电弧喷涂的电压为28~30V，电流为100~120A，空气压力为0.6~0.8MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂涂层的厚度为0.3~0.4mm，完成后自然冷却即可；所述的喷丝由外皮和芯材组成，所述芯材由下列各原料按质量百分比混合而成：Ti粉8~14%、CrB₂粉17~22%、BFe粉7~10%、NbFe粉5~8%、改性二氧化硅粉3~6%，余量为Ni粉。

进一步的，步骤（2）中所述的喷砂处理的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10^#。

进一步的，步骤（3）中所述的电弧喷涂处理时控制喷涂的距离为100~120mm。

进一步的，步骤（3）中所述的喷丝的外皮由钢带制成，外皮与芯材对应的重量比为1~1.5：1，所述喷丝的制备方法是将外皮包裹芯材后，制成粗丝材，然后将粗丝材逐级减径，制成成品喷丝。

进一步的，步骤（3）中所述的改性二氧化硅粉的制备方法包括如下步骤：

a.先将二氧化硅粉放入质量分数为4~5%的磷酸溶液中浸泡处理30~35min，滤出后用去离子水冲洗一遍备用；

b.将操作a处理后的二氧化硅粉放入到煅烧炉内，加热保持煅烧炉内的温度为720~750℃，煅烧处理45~55min后取出备用；

c.对操作b处理后的二氧化硅粉进行球磨粉碎后过300~400目后备用；

d.将操作c处理后的二氧化硅粉放入到改性液中，加热保持改性液温度为75~80℃，不断搅拌处理1~2h后滤出备用；所述改性液中各成分及其对应重量百分比为：己内酰胺6~9%、硅烷偶联剂4~7%、过氧化苯甲酸叔丁酯0.5~1%、焦磷酸钠1~1.5%、微晶石蜡0.2~0.5%，余量为水；

e.将操作d处理后的二氧化硅粉放入干燥室内进行干燥处理，控制干燥时的温度为65~70℃，干燥处理1~1.5h取出后即得改性二氧化硅粉。

传统电弧喷涂处理过程中，高温熔融金属喷丝颗粒被高速喷覆在工件表面，在此过程中其会被氧气氧化，改变了熔融颗粒表面的特性，不利于其与其余成分结合，同时在高速冲击力下，喷覆的熔融颗粒固化后，其界面之间会有微小空隙，在长期使用过程中仍会被空气等腐蚀介质侵入，最终破坏工件基体，从而腐蚀了工件，此问题不利于工件整体特性的改善，对于上述问题，本发明对电弧喷涂的工艺进行了合理调整改进，在对镁合金进行电弧喷涂处理前，先进行了表面喷砂处理，在镁合金表面产生了大量微小的凹坑，利于后续喷涂介质的固定吸附，在电弧喷涂处理过程中，独特配制了用于喷涂的喷丝，在喷丝的芯材内添加了BFe 粉，在喷涂过程中B易与O结合，在熔滴外表形成 B2O3膜，避免熔滴的进一步氧化，保证了熔滴整体的特性，添加的改性二氧化硅粉微米级颗粒，在喷涂过程中也能进一步阻止氧对内部的氧化侵蚀，与BFe 粉协同增强了对熔滴的保护效果，且改性二氧化硅粉在喷涂时也呈熔融状态，混合于金属熔滴内，随着熔滴喷覆挤压在镁合金表面，其相较于金属颗粒的硬度小、密度小，喷涂后能有效的填充金属颗粒成分间的孔隙，且二氧化硅粉经过改性处理，其与金属熔滴等成分的相容性能好，当涂层冷却固化后，改性二氧化硅粉表面接枝的己内酰胺等成分与Ni等金属表面形成化学键连接，进一步增强了涂层的整体性能。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明对镁合金表面电弧喷涂工艺进行了合理的优化改善，最终制得的涂层具有与基材结合力强，致密性高，耐腐特性好等优点，很好的提升了镁合金的使用质量和寿命，推广价值较高。

具体实施方式

实施例1

一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺，包括如下步骤：

（1）镁合金表面清洗处理：

先将待加工的镁合金浸入到工业除油剂中浸泡处理15min，去除其表面油类杂质后取出，用去离子水冲洗一遍后备用；

（2）镁合金表面喷砂处理：

用喷砂机对步骤（1）处理后的镁合金进行表面喷砂处理，控制喷砂的压力为1.7MPa，喷砂完成后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，去除镁合金表面被镶嵌的颗粒杂质后备用；

（3）电弧喷涂处理：

将特制的喷丝放入电弧喷涂机中对步骤（2）处理后的镁合金进行电弧喷涂处理，期间控制电弧喷涂的电压为28V，电流为100A，空气压力为0.6MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂涂层的厚度为0.3~0.35mm，完成后自然冷却即可；所述的喷丝由外皮和芯材组成，所述芯材由下列各原料按质量百分比混合而成：Ti粉8%、CrB₂粉17%、BFe粉7%、NbFe粉5%、改性二氧化硅粉3%，余量为Ni粉。

进一步的，步骤（2）中所述的喷砂处理的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10^#。

进一步的，步骤（3）中所述的电弧喷涂处理时控制喷涂的距离为100mm。

进一步的，步骤（3）中所述的喷丝的外皮由钢带制成，外皮与芯材对应的重量比为1：1，所述喷丝的制备方法是将外皮包裹芯材后，制成粗丝材，然后将粗丝材逐级减径，制成成品喷丝。

进一步的，步骤（3）中所述的改性二氧化硅粉的制备方法包括如下步骤：

a.先将二氧化硅粉放入质量分数为4%的磷酸溶液中浸泡处理30min，滤出后用去离子水冲洗一遍备用；

b.将操作a处理后的二氧化硅粉放入到煅烧炉内，加热保持煅烧炉内的温度为720℃，煅烧处理45min后取出备用；

c.对操作b处理后的二氧化硅粉进行球磨粉碎后过300目后备用；

d.将操作c处理后的二氧化硅粉放入到改性液中，加热保持改性液温度为75℃，不断搅拌处理1h后滤出备用；所述改性液中各成分及其对应重量百分比为：己内酰胺6%、硅烷偶联剂4%、过氧化苯甲酸叔丁酯0.5%、焦磷酸钠1%、微晶石蜡0.2%，余量为水；

e.将操作d处理后的二氧化硅粉放入干燥室内进行干燥处理，控制干燥时的温度为65℃，干燥处理1h取出后即得改性二氧化硅粉。

实施例2

一种增强镁合金表面耐蚀特性的电弧喷涂工艺，包括如下步骤：

（1）镁合金表面清洗处理：

先将待加工的镁合金浸入到工业除油剂中浸泡处理20min，去除其表面油类杂质后取出，用去离子水冲洗一遍后备用；

（2）镁合金表面喷砂处理：

用喷砂机对步骤（1）处理后的镁合金进行表面喷砂处理，控制喷砂的压力为2.0MPa，喷砂完成后用压缩空气对其表面进行喷吹处理，去除镁合金表面被镶嵌的颗粒杂质后备用；

（3）电弧喷涂处理：

将特制的喷丝放入电弧喷涂机中对步骤（2）处理后的镁合金进行电弧喷涂处理，期间控制电弧喷涂的电压为30V，电流为120A，空气压力为0.8MPa，喷涂的角度为90°，控制喷涂涂层的厚度为0.35~0.4mm，完成后自然冷却即可；所述的喷丝由外皮和芯材组成，所述芯材由下列各原料按质量百分比混合而成：Ti粉14%、CrB₂粉22%、BFe粉10%、NbFe粉8%、改性二氧化硅粉6%，余量为Ni粉。

进一步的，步骤（2）中所述的喷砂处理的喷砂介质为棕刚玉砂，其粒度为10^#。

进一步的，步骤（3）中所述的电弧喷涂处理时控制喷涂的距离为120mm。

进一步的，步骤（3）中所述的喷丝的外皮由钢带制成，外皮与芯材对应的重量比为1.5：1，所述喷丝的制备方法是将外皮包裹芯材后，制成粗丝材，然后将粗丝材逐级减径，制成成品喷丝。

进一步的，步骤（3）中所述的改性二氧化硅粉的制备方法包括如下步骤：

a.先将二氧化硅粉放入质量分数为5%的磷酸溶液中浸泡处理35min，滤出后用去离子水冲洗一遍备用；

b.将操作a处理后的二氧化硅粉放入到煅烧炉内，加热保持煅烧炉内的温度为750℃，煅烧处理55min后取出备用；

c.对操作b处理后的二氧化硅粉进行球磨粉碎后过400目后备用；

d.将操作c处理后的二氧化硅粉放入到改性液中，加热保持改性液温度为80℃，不断搅拌处理2h后滤出备用；所述改性液中各成分及其对应重量百分比为：己内酰胺9%、硅烷偶联剂7%、过氧化苯甲酸叔丁酯1%、焦磷酸钠1.5%、微晶石蜡0.5%，余量为水；

e.将操作d处理后的二氧化硅粉放入干燥室内进行干燥处理，控制干燥时的温度为70℃，干燥处理1.5h取出后即得改性二氧化硅粉。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（3）电弧喷涂处理过程中，用等质量份的普通市售二氧化硅粉取代改性二氧化硅粉，其颗粒大小也为300目，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例1相比，在步骤（3）电弧喷涂处理过程中，省去改性二氧化硅粉成分，除此外的方法步骤均相同。

为了对比本发明效果，对镁合金试样板进行电弧喷涂处理，其中镁合金试样板是选用AZ91D镁合金锭加工制造成尺寸为60mm×40mm×15mm的镁合金试样板，然后分为三组，分别用上述实施例1、对比实施例1、对比实施例2所述的方法进行处理，完成后对各组处理后的镁合金试样板进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：

表1

耐蚀实验处理后试样板表面特征抗热震实验处理后试样板表面特征实施例1表面出现少量白色锈斑表面未出现裂纹、翘起等不良现象对比实施例1表面出现明显白色锈斑和点蚀坑表面出现少量的裂纹和翘起对比实施例2表面出现大量白色锈斑和点蚀坑表面出现明显的裂纹和翘起，并有部分脱落现象

注：上表1中所述的耐蚀实验具体操作是：将处理后的镁合金试样板浸入到腐蚀介质中浸泡处理30h，完成后将镁合金试样板取出观察其表面腐蚀程度并记录，其中腐蚀介质是质量分数为3.85%NaCl+6%H₂SO₄水溶液；所述的抗热震实验具体操作是：将处理后的镁合金试样板放入热处理炉中从150～350℃每隔>

由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的增强镁合金表面的耐腐特性，且表面涂层内以及与镁合金基材的结合强度较强，表面综合特性较好，使用价值较高。