金属基耐蚀涂层复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属基耐蚀涂层复合材料及其制备方法，该金属基耐蚀涂层复合材料由金属基体和涂覆在其上的耐蚀涂层构成，耐蚀涂层的材料为钛、钛合金或者钛基复合材料粉末，耐蚀涂层的厚度为0.05～8mm，孔隙率≤2％，耐蚀涂层纯净度更高，耐蚀涂层致密，孔隙率可低至0.4％以下，耐蚀性更好，相比传统球形粉末，成本降低70％以上。成本降低70％以上。成本降低70％以上。

【技术实现步骤摘要】
金属基耐蚀涂层复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基体表面涂层制备
，具体涉及一种金属基耐蚀涂层复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛是一种耐腐蚀性能很好的材料，其在海水中的耐蚀性仅次于贵金属铂。钛表面极易形成具有强烈钝化倾向的稳定氧化膜，减少或抑制了钛在海洋腐蚀介质中的溶解。氧化膜还有非常好的自愈性，当膜遭到破坏时能够迅速修复，弥合形成新的保护膜。因此，钛的耐蚀性远优于不锈钢等海洋常用金属材料，并能适应各种海洋环境。然而钛及钛合金材料成本昂贵，加工成形困难，无法做到将钢材、铝合金等海洋常用金属材料全面替换。
[0003]采用涂层制备技术实现钛与常规海洋金属材料的结合，既能大幅度降低成本，又能获得优异的耐腐蚀性能，是海洋腐蚀防护常用且有效的方法。然而目前国内钛涂层的制备技术在氧化、相变、残余热应力、晶粒尺寸、孔隙率等方面存在一个或多个问题，尤其涂层不够致密，容易造成涂层失效，削减了腐蚀防护寿命。而即便激光熔覆涂层技术能够实现较好的腐蚀防护，但其成本高昂，且沉积效率不高。
[0004]因此，提供一种基于金属基体的纯净、低孔隙率的耐蚀涂层成形方法，获得一种完美发挥钛的耐腐蚀优势的低成本金属基耐蚀涂层复合材料是亟待研究的方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种金属基耐蚀涂层复合材料及其制备方法，该金属基耐蚀涂层复合材料由金属基体和涂覆在其上的耐蚀涂层构成，耐蚀涂层的材料为钛、钛合金或者钛基复合材料粉末，耐蚀涂层的厚度为0.05～8mm，孔隙率≤2％，耐蚀涂层纯净度更高，孔隙率更低，耐蚀性更好，以解决现有金属基体表面涂层腐蚀防护效果不理想及使用寿命短的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种金属基钛粉末耐蚀涂层复合材料。
[0007]该金属基耐蚀涂层复合材料由金属基体和涂覆在所述金属基体上的耐蚀涂层构成；所述耐蚀涂层的材料为钛、钛合金或者钛基复合材料粉末，所述耐蚀涂层的厚度为0.05～8mm，孔隙率≤2％。
[0008]进一步的，所述钛合金粉末包括但不限于Ti
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6Al
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4V合金粉末、TiMo合金粉末、TiCu合金粉末、TiNi合金粉末；所述钛基复合材料粉末包括但不限于TiB/Ti复合材料粉末；
[0009]优选的，所述耐蚀涂层的厚度为0.05～0.2mm，孔隙率≤0.5％。
[0010]进一步的，所述钛、钛合金或钛基复合材料粉末的粒度≤100μm，氧含量≤5000ppm，氮含量≤5000ppm；
[0011]优选的，粒度≤40μm，氧含量为800～2500ppm，氮含量500～2000ppm。
[0012]进一步的，所述钛、钛合金或钛基复合材料粉末为球形粉末或不规则粉末；
[0013]优选的，所述球形粉末包括雾化粉末；所述不规则粉末包括整形粉末、氢化脱氢粉末。
[0014]进一步的，所述金属基体包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金、结构钢以及镁合金。
[0015]优选的，所述金属基体的待涂覆表面形状为平面、任意曲面、角度≥20
°
的沟槽、内径≥200mm的管内壁或者内径≥200mm的球内面。
[0016]为了实现上述目的，根据本专利技术的第二方面，提供了一种金属基钛粉末耐蚀涂层复合材料的制备方法。
[0017]该金属基耐蚀涂层复合材料的制备方法包括以下步骤：
[0018]提供一金属基体；
[0019]利用冷喷涂工艺将钛、钛合金或钛基复合材料粉末沉积覆盖在所述金属基体的表面形成耐蚀涂层；其中，所述冷喷涂工艺的工艺参数为：工作温度≤1100℃，送粉量为20～250g/min，喷涂气体压力≤6MPa，送粉气流压力高于喷嘴收缩段的气流压力，喷枪移动速率为0～150mm/s，喷枪距离金属基体表面20～100mm，送粉气体及工作气体均包括但不限于氩气、氮气、氦气。
[0020]进一步的，工作温度为700～900℃，送粉量为50～120g/min，喷涂气体压力为4～6MPa，喷枪移动速率为30～80mm/s，喷枪距离金属基体表面30～75mm。
[0021]进一步的，所述制备方法还包括在沉积之前对所述钛、钛合金或者钛基复合材料粉末进行预处理；
[0022]所述预处理包括对所述钛、钛合金或者钛基复合材料粉末依次进行筛分处理和真空干燥处理。
[0023]进一步的，所述干燥处理的温度为50～100℃，干燥时间为2～36h；
[0024]优选的，干燥温度为80～100℃，干燥时间为12～36h。
[0025]进一步的，所述制备方法还包括在形成所述耐蚀涂层之前对所述金属基体进行预处理；
[0026]所述预处理包括对所述金属基体依次进行打磨、超声处理和喷砂处理；
[0027]优选的，所述超声处理在无水乙醇中进行，处理时间为20～100min；所述喷砂处理采用的喷砂材料为氧化铝砂或氧化锆砂。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]1、本专利技术提供的制备方法能够使粉末颗粒处于低温高速状态，不会发生相变和氧化，制得的耐蚀涂层纯净度高；粉末颗粒由于剧烈的塑性变形和冲击，材料内部往往出现动态再结晶，使晶粒发生细化；粉末颗粒沉积时后续颗粒对已沉积颗粒的持续撞击作用产生喷丸效应，使耐蚀涂层存在较大的残余压应力，提高了抗疲劳性能；耐蚀涂层致密，孔隙率可低至0.4％以下。
[0030]2、本专利技术提供的耐蚀涂层，有效降低了腐蚀介质渗透到涂层内部的几率，延长了涂层的使用寿命，为金属基体提供了更好的耐腐蚀性能。
[0031]3、本专利技术提供的耐蚀涂层，可以采用不规则钛合金或其复合材料粉末，相比传统球形粉末，成本降低70％以上。而且该种方法所允许的钛合金粉末氧、氮等间隙杂质元素含量较高，同时可以收获较好的性能，这使得原料粉末的选择范围大大拓宽。
附图说明
[0032]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0033]图1为本专利技术提供的实施例1中金属基体未覆盖涂层(右)以及覆盖冷喷涂TA2涂层(左)的盐雾腐蚀试验结果图；
[0034]图2为本专利技术提供的实施例1中冷喷涂TA2涂层与金属基体的盐雾腐蚀质量损失对比图；
[0035]图3为本专利技术提供的实施例1中冷喷涂TA2涂层的显微组织图；
[0036]图4为本专利技术提供的实施例2中金属基体未覆盖涂层(右)以及覆盖冷喷涂TA2涂层(左)的盐雾腐蚀试验结果图；
[0037]图5为本专利技术提供的实施例3中金属基体未覆盖涂层(右)以及覆盖冷喷涂Ti
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4V涂层(左)的盐雾腐蚀试验结果图。
具体实施方式
[0038]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基耐蚀涂层复合材料，其特征在于，所述复合材料由金属基体和涂覆在所述金属基体上的耐蚀涂层构成；所述耐蚀涂层的材料为钛、钛合金或者钛基复合材料粉末，所述耐蚀涂层的厚度为0.05～8mm，孔隙率≤2％。2.如权利要求1所述的金属基耐蚀涂层复合材料，其特征在于，所述钛合金粉末包括但不限于Ti
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4V合金粉末、TiMo合金粉末、TiCu合金粉末、TiNi合金粉末；所述钛基复合材料粉末包括但不限于TiB/Ti复合材料粉末；优选的，所述耐蚀涂层的厚度为0.05～0.2mm，孔隙率≤0.5％。3.如权利要求1所述的金属基耐蚀涂层复合材料，其特征在于，所述钛、钛合金或钛基复合材料粉末的粒度≤100μm，氧含量≤5000ppm，氮含量≤5000ppm；优选的，粒度≤40μm，氧含量为800～2500ppm，氮含量500～2000ppm。4.如权利要求1所述的金属基耐蚀涂层复合材料，其特征在于，所述钛、钛合金或钛基复合材料粉末为球形粉末或不规则粉末；优选的，所述球形粉末包括雾化粉末；所述不规则粉末包括整形粉末、氢化脱氢粉末。5.如权利要求1所述的金属基耐蚀涂层复合材料，其特征在于，所述金属基体包括但不限于不锈钢、铝合金、钛合金、结构钢以及镁合金；优选的，所述金属基体的待涂覆表面形状为平面、任意曲面、角度≥20
°
的沟槽、内径≥200mm的管内壁或者内径≥200mm的球内面。6.如权利要求1
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5任一项所述的金属基耐蚀涂层复合材料的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：路新，刘博文，朱衍亮，卢东，
申请(专利权)人：攀钢集团研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：