[发明专利]一种防腐锌镍合金涂层的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高镍含量的锌镍合金涂层的制备方法，该涂层适用于海洋环境中钢质构件的长效防护，属海洋防腐与表面处理技术领域。

背景技术：

锌-镍合金具有极高的耐蚀性、低氢脆性、可焊性和机械加工性等优良特性，特别适合于高强度钢零件的表面防护，一般多采用电沉积技术制备锌-镍合金镀层；早在1947年，Schantz提出了在酸性镀锌液中加入一定组分的镍盐可获得含镍量为15%的合金镀层，而且其耐蚀性优于锌镀层，并获得了美国专利；70年代后，日本等国家为了提高钢板的耐蚀性能，系统研究了在钢基体表面电镀Zn-Ni合金的工艺，并成功应用于生产。1991年Hadley JS.提出了Zn-Ni合金作为镀镉层的替代物；1993年西班牙的Jalve E．在氯化物液中获得了无孔隙且对低碳钢具有较高结合力的Zn-Ni合金镀层；1996年Pushpvanam M．用柠檬酸槽液电沉积制备Zn-Ni合金，进一步指出Zn-Ni合金可以作为镉镀层的替代层；现在锌-镍合金电镀在防护性电镀中所占的比例正逐年提高，2006年在欧洲已达36%。

目前，国内对Zn-Ni合金电镀工艺的研究主要是在近十几年发展起来的，1997年何为在氯化物溶液中沉积Zn-Ni合金，并对电流密度的影响进行了研究；2005年肖作安用硫酸盐体系电镀锌镍合金，总结出含镍16%的锌镍合金镀层的耐盐雾性能是相同厚度纯锌镀层的4.5倍。2008年田伟等对不同含量对Zn-Ni合金镀层的晶体结构和耐蚀性能进行研究，并指出Ni含量为11.3％的Zn-Ni合金镀层耐蚀性优于纯Zn镀层；2008年任婕等对镍含量为13%的Zn-Ni合金镀层的腐蚀机理进行研究，指出合金镀层的耐盐水浸泡性能是镀锌板的1.5～2.0倍，耐盐雾试验性能是镀锌板的2.5～4.0倍。

虽然到目前为止国内外诸多学者对电镀锌-镍合金工作积累了大量的科研成果，但作为电镀工艺来讲，其自身也存在缺陷：一是镀层不能太厚，一般在十几个微米左右；二是镀液对环境造成极大污染；与电镀锌-镍合金工艺相比，热喷涂制备锌-镍合金涂层有着工艺简单、节约材料以及对环境污染小等优点，而且可以提高涂层的厚度，达到长效保护。洛阳船舶材料研究所的全红烨等用电弧线材喷涂和火焰线材喷涂两种热喷涂工艺制得了镍含量最高为7%的锌-镍合金涂层，指出锌-镍合金的耐蚀性优于纯锌，并随镍含量的增加，耐蚀性提高；但是在试图进一步提高涂层镍含量时，随着镍含量的增加，合金脆性增大，用热挤压和冷拉工艺不能制备高镍含量的合金丝，无法提高合金的镍含量；B.Arsenault等采用过饱和低压氩气保护熔炼法制备镍含量为30%的锌镍合金粉末，并取得了良好的耐蚀性能，但是此方法能耗高，不适用于大规模工业生产。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有制备锌镍涂层工艺中的技术不足，寻求设计一种防腐锌镍合金涂层及其制备方法，得到成分均匀的高镍含量的锌镍合金涂层，提高涂层耐蚀性，并降低生产成本，先从高镍含量复合粉体的制备入手，将锌镍粉末进行混合团聚后，选择工艺简单且制造成本低廉的氧乙炔火焰喷涂工艺制备高镍含量的锌镍复合涂层，并通过电化学性能评价不同镍含量锌镍涂层的耐蚀性能。

为了实现上述目的，本发明基于锌粉和镍粉的物理化学特性有较大差异，为了使喷涂粉末粒度分布均匀且具有良好的流动性，采用料浆喷雾干燥制粉工艺方法将金属粉末制备成不同镍含量的团聚型锌镍复合粉末，使各原料的物相结构不发生变化；所制得的球状粉末流动性好，能稳定均匀地送入喷枪焰流中充分熔融，沉积效率高，适宜喷涂涂层工艺的要求，有利于提高涂层厚度与成分的均一性、致密性和粘结性能。

本发明包括配制料浆、磨料、喷雾造粒、筛粉和喷涂五个工艺步骤：

（1）配制料浆：先将锌粉和镍粉按重量比70-90：10-30进行配比，搅拌混合均匀制成原料混合粉末，再将有机粘结剂和分散剂加入到原料混合粉末中混合均匀，再加入去离子水搅拌成料浆，静置12小时备用；

（2）磨料：将步骤（1）的料浆用球磨机进行搅拌研磨，为了使料浆各组分和添加剂均匀分散，稠度各处相同，制成原料粉末呈分散悬浮状态的研磨料浆；

（3）喷雾造粒：采用常规的造粒设备对悬浮状的研磨料浆进行造粒，再喷雾干燥，其工艺参数：进风温度为150-160℃，出风温度为35-45℃，送料速度为6-6.5ml·s^-1，雾化盘转速为17000r·min^-1，得颗粒状团聚粉末；