本发明专利技术公开了Al‑Cr涂层制备及表面微变形方法及Al‑Cr涂层表面微变形装置，该方法首先通过电镀法在钢板表面制备Cr涂层，制备的Cr涂层既可以作为阻挡层，阻碍Al/Fe元素之间的相互扩散，减少Fe‑Al金属间化合物层的厚度，又可以作为扩散元素，提高涂层的耐腐蚀性。再通过热浸镀铝法在带有Cr涂层钢板表面制备Al涂层，获得Al‑Cr涂层。最后，通过Al‑Cr涂层钢板的表面微变形，增强Al‑Cr涂层的致密性，从而进一步提高Al‑Cr涂层钢板的耐腐蚀性能。
Preparation of Al-Cr Coatings and Surface Micro-Deformation Method and Surface Micro-Deformation Device of Al-Cr Coatings
【技术实现步骤摘要】
Al-Cr涂层制备及表面微变形方法及Al-Cr涂层表面微变形装置
本专利技术属于金属材料表面工程
，具体涉及Al-Cr涂层制备及表面微变形方法及Al-Cr涂层表面微变形装置。
技术介绍
在日常生活中，金属腐蚀给国家和人民造成了巨大的经济损失，甚至酿成灾难性的事故。因此，金属防腐的重要性日益凸显。在众多的防腐技术中，涂层技术是最直接且较简单的一种。铝涂层在腐蚀环境中，可在钢板表面生成一层致密的Al2O3膜，使涂层钢板具有良好的耐腐蚀性能。目前，常见铝涂层的制备方法有：磁控溅射法、包埋法、热浸镀法等。其中，磁控溅射法所需设备价格昂贵，操作复杂，且涂层制备时成本较高；包埋法制备涂层厚度控制困难，且涂层表面粗糙；而热浸镀法由于工序简单、生产效率高、成本低廉、与钢板结合强度高等优点而被广泛应用。但热浸镀法制备的铝涂层仍有以下问题：1)钢板与铝涂层之间形成具有脆性的Fe-Al金属间化合物层，影响铝涂层钢板的耐蚀性和成形性能；2)热浸镀法制备的铝涂层致密性较差，且表面不平整，涂层不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备具有优异耐腐蚀性的Al-Cr涂层的方法及其表面微变形的装置，以克服上述现有热浸镀铝涂层的缺陷。为达到上述目的，本专利技术Al-Cr涂层制备及表面微变形的装置，包括成型装置和用于对成型装置进行加热的加热装置，成型装置包括相对设置的上模和下模，上模固定在上模柄上，上模柄与动力设备相连接；下模固定在下模柄上，下模柄固定在机架上；在第一次Al-Cr涂层表面微变形时，上模选用第一模具，第一模具上与Al-Cr涂层相接触的表面上间隔设置有若干凸台；在第二次Al-Cr涂层表面微变形时，上模选用第二模具，第二模具上与Al-Cr涂层相接触的表面为平滑表面。进步一步的，凸台宽度300μm～500μm，凸台高度100～300μm，相邻的凸台之间的间距为300～500μm。进步一步的，加热装置包括保温箱体，成型装置设置在保温箱体中，保温箱体中设置有加热元件和测温元件。进步一步的，保温箱体包括相对设置的第一隔热板和第二隔热板，第一隔热板通过螺栓与第一推杆固定连接，第二隔热板通过螺栓与第二推杆固定连接，在外力作用下，第一推杆和第二推杆带动第一隔热板和第二隔热板闭合。一种Al-Cr涂层制备及表面微变形方法，包括以下步骤：步骤1、在钢板表面制备Cr涂层，得到Cr涂层钢板；步骤2、在Cr涂层钢板表面制备Al涂层：先对Cr涂层钢板进行助镀处理，然后将助镀处理后的Cr涂层钢板浸入具有表面覆盖剂的熔融铝液中进行热浸镀铝，得到具有厚度为26μm～70μmAl-Cr涂层的Al-Cr涂层钢板；步骤3、Al-Cr涂层钢板的表面微变形：采用权利要求1的装置进行Al-Cr涂层钢板的表面微变形，第一次Al-Cr涂层钢板的表面微变形采用第一模具在500℃～600℃的温度下对Al-Cr涂层钢板施加60MPa～120MPa载荷，保压10min～60min，获得具有表面结构的Al-Cr涂层钢板；第二次整平微变形采用第二模具在500℃～600℃的温度下对Al-Cr涂层钢板施加60MPa～120MPa载荷，保压10min～60min最终获得表面微变形后的Al-Cr涂层钢板。进步一步的，步骤1中，在钢板表面制备Cr涂层前，对钢板依次进行打磨、除油和除锈。进步一步的，在步骤1和步骤2之间，对制备的Cr涂层钢板进行去氢处理。进步一步的，步骤2中，热浸镀铝时，浸镀温度为700℃～750℃，浸镀时间为60s～150s。进步一步的，步骤3中，钢板为Q235碳钢或1Cr17不锈钢。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：1)本专利技术所采用的Al-Cr涂层钢板的制备方法经济性更强。专利技术中的制备方法，采用的电镀铬和热浸镀铝已实现工业化生产，工序简单、生产成本低、重复性好；模具微变形也是一种经济、高效的生产方式；制备的Al-Cr涂层耐腐蚀性优异，适用于大多数钢板表面制备Al-Cr涂层的工业化、大规模生产。2)本专利技术所制备的Al-Cr涂层钢板寿命更长。Al-Cr涂层中主要为Al、Cr及金属间化合物，在腐蚀或高温氧化环境中，Al、Cr可以形成致密的Al2O3和Cr2O3，从而对钢板具有良好的保护作用。采用的表面微变形方法，使涂层组织更加致密，进一步改善Al-Cr涂层钢板的耐腐蚀性能。3)本专利技术所制备的Al-Cr涂层钢板成形性能更好。制备的Cr涂层既可以作为阻挡层，阻碍Al/Fe元素之间的相互扩散，减少Fe-Al金属间化合物层的厚度，又可以作为扩散元素，进一步减少Fe-Al金属间化合物层的厚度。通过专利技术中的方法制备的Al-Cr涂层中脆性合金层厚度相比于热浸镀铝涂层减少60％～80％，有助于Al-Cr涂层钢板成形性能的提升。采用的表面微变形，可以细化晶粒，进一步改善Al-Cr涂层钢板的成形性能。4)本专利技术所采用的表面微变形，可以改变模具与涂层钢板表面的接触方式，将大面积接触的变形变为小面积或者线性接触的变形，变形区域得到充分接触，从而变形效果更加明显。进一步的，步骤1中，在钢板表面制备Cr涂层前，对钢板依次进行打磨、除油和除锈，保证钢板表面光滑平整、无污染。进一步的，步骤1完成后，对制备的Cr涂层钢板进行去氢处理，以消除电镀Cr涂层过程中产生的应力，从而保证Cr涂层质量。进一步的，步骤2中，所述助镀处理所用的助镀剂为10％NH4Cl+27％ZnCl2(wt％)混合水溶液，助镀温度为90℃，助镀时间为10min。助镀的作用是防止Cr涂层钢板表面被氧化以及改善熔融铝液对Cr涂层钢板表面的润湿性，提高铝液的浸镀效果。进一步的，步骤2中，所述表面覆盖剂包括物质A和物质B，物质A和物质B的质量比为8:2，所述物质A包括质量比为56％的KCl和44％的NaCl，所述物质B包括Na3AlF6和AlF3，且质量比为2：1。覆盖剂的主要作用是溶解氧化铝、保护铝液表面不被氧化，并对铝液有清洁和净化作用。附图说明图1为表面微变形Al-Cr涂层制备的流程框图；图2a为Al-Cr涂层截面形貌SEM图(放大3000倍)；图2b为Al-Cr涂层截面成分EDS图；图3a为Al-Cr涂层表面微变形装置原理图；图3b为第一次表面微变形上模剖视图；图3c为第一次表面微变形上模凸台的排列示意图；图3d为第二次表面微变形上模剖视图；图4为Al-Cr涂层表面微变形原理流程图；图5a为表面微变形前Al-Cr涂层表面形貌SEM图(放大500倍)；图5b为表面微变形后Al-Cr涂层表面形貌SEM图(放大500倍)；图6为表面微变形前后单位面积腐蚀失重与腐蚀时间关系图。其中，1-Al涂层，2-合金层，3-钢板，4-排气孔，5-下模，6-下模安装台，7-下模柄，8-螺栓，91-第一隔热板，92-第二隔热板，101-第一测温元件固定座，102-第二测温元件固定座，121-第一推杆，122-第二推杆，131-第一测温元件，132-第二测温元件，15-上模安装台，16-上模柄，17-进气孔，19-加热元件固定座，20-加热元件，21-上模，23-第一模具，231-凸台，24-第二模具。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参照图3a，一种Al-Cr涂层钢板表面微变形的装置，包括Al-Cr涂层钢板的成型装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Al‑Cr涂层钢板表面微变形的装置，其特征在于，包括成型装置和用于对成型装置进行加热的加热装置，所述成型装置包括相对设置的上模(21)和下模(5)，所述上模(21)固定在上模柄(16)上，所述上模柄(16)与动力设备相连接；所述下模(5)固定在下模柄(7)上，下模柄(7)固定在机架上；在第一次Al‑Cr涂层表面微变形时，所述上模(21)选用第一模具(23)，所述第一模具(23)上与Al‑Cr涂层相接触的表面上间隔设置有若干凸台(231)；在第二次Al‑Cr涂层表面微变形时，所述上模(21)选用第二模具(24)，第二模具(24)上与Al‑Cr涂层相接触的表面为平滑表面。
【技术特征摘要】
1.一种Al-Cr涂层钢板表面微变形的装置，其特征在于，包括成型装置和用于对成型装置进行加热的加热装置，所述成型装置包括相对设置的上模(21)和下模(5)，所述上模(21)固定在上模柄(16)上，所述上模柄(16)与动力设备相连接；所述下模(5)固定在下模柄(7)上，下模柄(7)固定在机架上；在第一次Al-Cr涂层表面微变形时，所述上模(21)选用第一模具(23)，所述第一模具(23)上与Al-Cr涂层相接触的表面上间隔设置有若干凸台(231)；在第二次Al-Cr涂层表面微变形时，所述上模(21)选用第二模具(24)，第二模具(24)上与Al-Cr涂层相接触的表面为平滑表面。2.根据权利要求1所述的一种Al-Cr涂层钢板表面微变形的装置，其特征在于，所述凸台(231)宽度300μm～500μm，所述凸台(231)高度100～300μm，相邻的凸台(231)之间的间距为300～500μm。3.根据权利要求1所述的一种Al-Cr涂层钢板表面微变形的装置，其特征在于，所述加热装置包括保温箱体，所述成型装置设置在保温箱体中，所述保温箱体中设置有加热元件(20)和测温元件(13)。4.根据权利要求3所述的一种Al-Cr涂层钢板表面微变形的装置，其特征在于，所述保温箱体包括相对设置的第一隔热板(91)和第二隔热板(92)，所述第一隔热板(91)通过螺栓(8)与第一推杆(121)固定连接，所述第二隔热板(92)通过螺栓(8)与第二推杆(122)固定连接，在外力作用下，所述第一推杆(121)和第二推杆(122)带动第一隔热板(91)和第二隔热板(92)闭合。5.一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵雪妮，杨璞，王瑶，张伟刚，刘庆瑶，陈雪岩，桂珍珍，郑佳梅，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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