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一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用與流程

文檔序號:39728687發(fā)布日期:2024-10-22 13:32閱讀:3來源:國知局
一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用與流程

本發(fā)明涉及復(fù)合材料,尤其是一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用。


背景技術(shù):

1、連接金具兼具腐蝕與磨損兩種工況。在腐蝕方面,由于輸電線路常年暴露于各種氣象條件下,致使線路金具的腐蝕無時無刻不在發(fā)生,金具防腐最為常規(guī)的方式為熱鍍鋅處理,但熱鍍鋅層經(jīng)300余小時鹽霧試驗后便出現(xiàn)紅銹,現(xiàn)役金具普遍的表面銹蝕直觀說明了鍍鋅層難以滿足電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)場防腐需要。在磨損方面,微風振動、舞動、覆冰、次檔距振動、導(dǎo)線脫冰跳躍等均在不同程度上導(dǎo)致線路金具的磨損,金具表面的熱鍍鋅層根本無抗磨損功能,常用的35鋼等基材的硬度不足210hv,磨損性能欠佳,導(dǎo)致了連接金具在交互力作用下的快速失效。

2、因此,需要提供一種具有更高的耐磨、耐腐蝕性能的保護涂層。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于,克服現(xiàn)有的保護涂層的性能仍有待提升的缺陷,提供一種具有更高性能的耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層。

2、本發(fā)明的另一目的在于,提供所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的制備方法。

3、本發(fā)明的另一目的在于,提供所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層在防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

5、一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層,所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層包括依次設(shè)置在金屬基材表面的氮層和鋅層,所述鋅層包括如下質(zhì)量百分含量的組分:0.8-4.0%的al,2.0-4.0%的mg,0.1-0.4%的si,0.01-0.1%的ta,余量為zn和不可避免的雜質(zhì)。

6、本發(fā)明通過在金屬基材表面依次設(shè)置氮層和摻雜改性的鋅層,形成一種復(fù)合涂層對基材進行保護,本發(fā)明的復(fù)合涂層具有很好的耐磨性和耐腐蝕性能。

7、在鋅層中摻雜al、mg和si元素,可以顯著提高表面鋅層的耐腐蝕性能;添加ta元素,可以進一步提高表面鋅層的耐腐蝕性能和表面光澤性能,同時還可提高鋅層和氮層之間的結(jié)合強度,有利于充分發(fā)揮氮層的耐磨性和鋅層的耐腐蝕性能。

8、優(yōu)選地,所述鋅層中,ta的質(zhì)量百分含量[ta]與mg、si元素總質(zhì)量百分含量[mg+si]的比例為[ta]:[mg+si]=(40-100):1。上述元素在合適的比例下,能夠得到表面光澤性和耐腐蝕性能更優(yōu)異的復(fù)合涂層。

9、優(yōu)選地,所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的氮層和鋅層的厚度比例為(1-1.5):1。氮層和鋅層在合適的厚度比例下,有利于將復(fù)合涂層的耐磨性和耐腐蝕性能均發(fā)揮到最大化。

10、優(yōu)選地,所述氮層的厚度為150-500μm。

11、優(yōu)選地,所述鋅層的厚度為70-150μm。

12、所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的制備方法,包括如下步驟:

13、s1金屬基材經(jīng)過表面清潔后,置于離子氮化爐中進行滲氮處理,滲氮處理結(jié)束后,去除氮層表面的殘留雜質(zhì),得到表面負載有氮層的金屬基材;

14、s2將步驟s1得到的表面負載有氮層的金屬基材,浸入到溫度為420-480℃的鍍鋅液中進行熱鍍鋅處理,然后經(jīng)冷卻、鈍化、水洗、干燥后,即可得到所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層。

15、本發(fā)明先對基材表面進行滲氮處理,一方面,氮層可以為金屬基材提供一定的耐磨性;另一方面,還可以對金屬基材進行活化,提供一種活性較高的表面,可以進一步進行鍍鋅處理。

16、進一步將表面負載有氮層的金屬基材置于鍍鋅液中進行熱鍍處理,本發(fā)明通過對鍍鋅液的組成進行改性,添加了al、mg和si提高鋅層的耐腐蝕性能;本發(fā)明的發(fā)明人研究還發(fā)現(xiàn),在鍍鋅液中進一步添加稀土元素中的ta元素,可以提高鋅層和氮層之間的結(jié)合性能,進一步提升涂層的耐腐蝕性能和耐磨性,這可能是因為:在含有氮層的金屬基材浸入含有ta金屬的鍍鋅液中時,會不可避免的攜帶上空氣中的氧氣,高溫下,ta金屬會與攜帶進去的氧氣、氮層的活性氮原子等發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),生成氮鉭化物(例如ta3n5、taon)、氧化鉭(ta2o5)等產(chǎn)物,氮鉭化物可以顯著提高鋅層與氮層之間的結(jié)合強度,進一步提高涂層的耐磨性能;氮鉭化物可以從界面處誘導(dǎo)鋅層結(jié)晶,且ta2o5則會進一步細化鋅層中的mg2si晶粒和mg2zn11晶粒,提升鋅層的致密性,進一步提升鋅層的耐腐蝕性能。

17、本領(lǐng)域常見的金屬基材均可用于本發(fā)明中,包括但不限于各種鋼材,其中馬氏體鋼由于具有優(yōu)異的性能,而被廣泛使用,為了進一步提高馬氏體鋼的性能,通常還會進行淬火、深冷、回火等熱處理工序。

18、其中,所述淬火處理的具體工藝為:對馬氏體鋼連接金具進行淬火熱處理,將馬氏體鋼升溫到980-1050℃,保溫1-5小時,保溫結(jié)束后氣淬到室溫,將馬氏體鋼從氣淬爐中取出。

19、所述深冷處理的具體工藝為:將氣淬爐中取出的馬氏體鋼進行深冷處理,深冷處理的溫度為-90℃~-196℃,保溫1-5小時,保溫結(jié)束后將馬氏體鋼取出,升溫到室溫(25±5℃)。

20、所述回火處理的具體工藝為:將深冷處理后的馬氏體鋼在500-650℃下進行回火,保溫時間2-10h,回火后馬氏體鋼硬度達到300-360hbw。

21、步驟s1中,本領(lǐng)域常見的清潔方式均可用于本發(fā)明中,優(yōu)選研磨拋光的方式(在拋丸機中進行拋丸),去除金屬基材表面的氧化層以及毛刺等缺陷。

22、優(yōu)選地,所述滲氮處理的工藝包括如下步驟:離子氮化爐中,抽真空至20pa以下后,通入氨氣,氨氣的流量為300-600ml/min,對金屬基材進行滲氮,當金屬基材的溫度達到120-150℃后,降低氨氣的流量至250-500ml/min,繼續(xù)將金屬基材的溫度升高至450-580℃進行保溫8-24h;保溫結(jié)束后,通入氬氣,氬氣的流量為200-400ml/min,繼續(xù)保溫2-4h后,關(guān)閉氨氣,保持氬氣流量為200-400ml/min,在氬氣氣氛環(huán)境中冷卻,冷卻至100℃以下后,從離子氮化爐中取出,在空氣中進行冷卻。

23、優(yōu)選地,步驟s1中,氮層表面的殘留雜質(zhì)的去除步驟包括:堿洗—水洗—酸洗—水洗—烘干。

24、其中,1)堿洗的目的是去除氮層表面的油污、油漆等污漬;堿洗用的堿液優(yōu)選為10-20wt%的氫氧化鈉溶液;第一次水洗的目的是去除堿洗用堿液。2)酸洗的目的是進一步去除基材拋丸未能完全去除的鐵銹、毛刺、飛濺等缺陷,酸洗采用濃度為15-30wt%的鹽酸浸泡1-10min,酸洗時,將基材緩慢放入酸洗槽中,防止鹽酸噴濺,然后在浸泡酸洗過程中,還需要不斷振動基材,以保證酸洗均勻,酸洗后得到表面高光滑的基材;第二次水洗的目的是去除基材表面殘留的酸液。兩次水洗均需要將產(chǎn)品完全浸泡在流動的水槽中。

25、優(yōu)選地,為了進一步提高鍍鋅效率,步驟s2中,表面負載有氮層的金屬基材在浸入鍍鋅液中前,還經(jīng)過助鍍劑處理,具體包括如下步驟:將步驟s1得到的表面負載有氮層的金屬基材浸入到助鍍劑中,浸泡1-5min,然后再80-200℃下進行烘干;其中,助鍍劑為含有氯化鋅和氯化銨的飽和水溶液,氯化鋅和氯化銨按照質(zhì)量比例為1:(1-2)。將浸過助鍍劑的產(chǎn)品放在烘干板上進行烘干處理,烘干板溫度為80-200℃,至產(chǎn)品烘干為止。

26、優(yōu)選地,步驟s2中,所述冷卻為水冷,具體操作是:熱鍍鋅處理后的產(chǎn)品呈5°-20°傾斜狀態(tài)放入冷水中冷卻,以防止在緩慢冷卻時鋅層中合金的過量生長導(dǎo)致灰暗鍍層,對于易變形產(chǎn)品應(yīng)加大此斜度,冷卻到有燙手感,但產(chǎn)品能以自身溫度烘干器表面水分為佳。

27、優(yōu)選地,步驟s2中,所述鈍化的具體操作是:熱鍍鋅處理后的產(chǎn)品蘸濃度為5-12wt%的氯化銨溶液,溫度為60-80℃。蘸氯化銨溶液時應(yīng)快速急蘸,抖動產(chǎn)品防止產(chǎn)品粘連,并去除產(chǎn)品表面鋅灰、毛刺等。

28、鈍化后的工件要用流動的清水來進行多次漂洗,要洗清鈍化水水印。

29、需要說明的是,如鍍鋅后的產(chǎn)品產(chǎn)生的毛刺、滴瘤、多余結(jié)塊,可小心地打磨掉,不能打磨過量;熱鍍鋅產(chǎn)品上的漏鍍區(qū)應(yīng)進行修補,但對允許修補的漏鍍區(qū)面積大小、修補層厚度是有限制和要求的;若漏鍍區(qū)的面積超過規(guī)定,應(yīng)予以返鍍。

30、上述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層在防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護范圍內(nèi),尤其是用于馬氏體鋼材的表面防護中。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:

32、本發(fā)明通過在金屬基材表面依次設(shè)置氮層和摻雜改性的鋅層,形成一種復(fù)合涂層對基材進行保護,在鋅層中摻雜al、mg和si元素,可以顯著提高表面鋅層的耐腐蝕性能;添加ta元素,可以進一步提高表面鋅層的耐腐蝕性能和表面光澤性能,同時還可提高鋅層和氮層之間的結(jié)合強度,有利于充分發(fā)揮氮層的耐磨性和鋅層的耐腐蝕性能。

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