[发明专利]一种耐磨耐腐蚀性能优异的不锈钢表面涂层的制备方法

说明书

一种耐磨耐腐蚀性能优异的不锈钢表面涂层的制备方法，采用铝和Al₂O₃为原料制备铝基底层，再用双极性微弧氧化工艺在铝基体层上原位生成Al₂O₃陶瓷层；具有极高的耐蚀性(中性盐雾2000h无腐蚀，耐人造海水浸泡2000h无腐蚀)和极佳的耐磨性(7mg/h，MM200摩擦磨损试验，载荷8kg)。

本发明是专利申请号201711180608.7、发明名称为“钢铁材料表面复合涂层及其制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种不锈钢表面复合涂层的制备方法。

背景技术

在海洋高湿热、高盐雾、高氯离子浓度环境下，钢铁材料的腐蚀极其严重，各种钢铁材质的运动构件由于长期受到摩擦磨损，使得腐蚀现象更为严重。海洋气候下钢铁构件的耐蚀表面防护措施主要有涂漆、电镀/化学镀、热喷涂、冷喷涂、涂油等。涂漆是现阶段最常用的耐海洋气候腐蚀表面防护措施，但由于运动部件处于摩擦工况，漆面容易出现脱落、划伤及磨损等现象，严重影响构件的耐蚀性能；镀铬、复合镀Ni-SiC等工艺虽然耐磨性好，但难以满足海洋气候下的耐蚀性要求，镀镉等工艺虽耐蚀性较好，但镉为高致癌性物质，制造、维修过程对人员及环境危害极大，且镉镀层存在质软不耐磨损、高温易粉化、对氢脆敏感等严重缺陷；采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等热喷涂工艺制备的涂层耐磨效果显著，但由于孔隙率较高而耐蚀性能有限；冷喷涂铝涂层具有极佳的耐蚀性能，但其质软而不耐磨，难以直接用于运动构件表面耐蚀耐磨防护。涂油是解决运动构件耐蚀耐磨问题的简单方法，但需要定期涂油保养，保障费时费力。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐磨耐腐蚀性能优异的不锈钢表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

(一)铝基底层制备：铝基底层的成分包括铝和Al₂O₃；

(1)把304不锈钢样品在50℃～80℃的碱性脱脂剂中脱脂约15min；用自来水漂洗50s，流水漂洗20s；用压缩空气吹干；对样品表面进行喷砂处理，采用120目棕刚玉砂，喷砂压力0.70MPa～0.95Mpa；

(2)按照9：1的比例将纯铝粉末与氧化铝颗粒放入混料器中，均匀混合30min；将混合粉体放入50℃的烘箱内烘烤80min；将烘烤完成的混合粉体倒入冷喷涂设备的料筒中；

(3)将样品固定在样品台上，调整喷枪与样品距离至15mm；编制好喷枪运动轨迹，喷涂角度控制在70～90°，设置好喷枪移动速度5mm/s；

(4)启动冷喷涂设备，将空气压力调整至0.5MPa，将喷涂气体温度设置为600℃，按照预设轨迹进行喷涂，喷涂次数1次，铝基底层厚度20～30μm；

(5)对铝基底涂层进行磨光，打磨后的涂层厚度50μm，表面粗糙度Ra1.6μm左右；

(二) Al₂O₃陶瓷层制备：采用双极性微弧氧化工艺在铝基体层上原位生成Al₂O₃陶瓷层；

(1)将喷涂有铝基底层的样品与微弧氧化设备的电源正极牢固连接；

(2)将样品浸没于电解液中，电解液成分为磷酸钠15g/L，四硼酸钠5g/L，偏钒酸钠5g/L，其余为去离子水；

(3)启动微弧氧化设备，工艺参数为：正电流密度6A/dm2，负电流密度1A/dm2，频率800Hz，占空比20％，氧化时间10min，采用此工艺制得的微弧氧化Al₂O₃陶瓷层厚度5～10μm；

(4)微弧氧化后的样品直接浸入流动的冷水中清洗5min，清洗后的样品在80℃的烘箱中烘干。