一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法，涉及防腐涂层技术领域。本发明专利技术所述复合涂层是一种以无机磷酸盐为粘结剂，以亚微米级陶瓷增强体嵌入式包裹铝颗粒的铝基金属陶瓷为填料，通过涂覆与热处理固化获得功能填料呈准连续微米级网络结构的复合涂层。本发明专利技术制备的铝基金属陶瓷复合涂层对环境友好，兼具优良的防腐蚀和耐磨损性能，以及良好的耐候性，涂覆工艺简便，在海洋工程领域有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法
本专利技术涉及防腐涂层
，尤其涉及一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法。
技术介绍
海洋工程已成为技术发展的热点，进而使得越多的金属结构材料应用在海洋工程装备中。相对于陆地上的金属装备，因海洋环境高湿、高腐蚀的特点使得金属工件往往会发生更加严重的腐蚀，使工件的综合力学性能快速下降，不仅使设备维护成本增加，同时因腐蚀导致设备强度降低，继而降低了设备的安全性。目前工件主要采用表面涂装的方法进行保护，其中水性涂层是较为新型的防腐手段，涂层成分由金属功能填料、溶剂、无机酸、特殊有机物组成，其无毒环保，与传统电镀、热喷镀、化学镀工艺相比，施工技术简便且对所要涂覆的基材表面适应性好，但涂层较软，附着力和耐磨性较差，在施工、安装以及运输过程中易发生破损问题而失去防腐效果，单靠金属功能填料难以解决涂层耐磨性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法，所述复合涂层兼具良好的防腐性能和耐磨性能。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)处理基材：对基材进行除油和喷砂处理；除油处理可采用高温除油方式或有机护理剂化学除油；喷砂处理可对基材表面进行清洁、除锈及表面活化；(2)制备复合涂料：复合涂料包含如下重量份的成分：无机磷酸盐粘接剂1000～1200份、蒸馏水1000～1500份、涂料助剂15～45份、钝化剂20～45份、固化剂15～20份和铝基金属陶瓷功能填料800～2000份；首先将无机磷酸盐粘接剂与蒸馏水搅拌均匀，得到澄清溶液，然后依次添加涂料助剂、钝化剂、固化剂和铝基金属陶瓷功能填料，混合均匀，得到复合涂料；(3)制备涂层：将复合涂料涂覆于步骤(1)所述的基材上，干燥1～3h，随后进行热处理固化，固化温度为200～340℃，固化时间大于10min，得到所述耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层；所述涂覆方法可采用刷、滚、喷、浸等方法，优选的，采用大气喷涂或浸涂进行涂覆；所述大气喷涂方式，喷涂参数设定为：压力0.2～0.8MPa，距离100～400mm，可根据实际需要确定喷涂的次数以获得所需涂层厚度；所述浸涂方式，将喷砂后工件直接浸泡在涂料中1～10s后取出并离心甩干，可根据实际需要确定浸涂的次数以获得所需涂层厚度。功能填料金属陶瓷复合化可使涂层综合性能更优，从而实现复杂工况条件下工件服役要求。因此，本专利技术设法在水性防腐涂层中引入硬质陶瓷颗粒，并使其嵌入金属填料的间隙区域，从而形成准连续的微米级网络结构，在增强涂层致密性，使壁垒防腐效应更充分发挥的同时，提高涂层的耐磨损性能。优选地，所述无机磷酸盐粘接剂包含磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酸性多聚磷酸盐中的至少一种；所述涂料助剂为正硅酸乙酯；所述钝化剂为铬酸镁；所述固化剂包含氧化锌、氧化镁中的至少一种；所述铝基金属陶瓷功能填料为铝粉和硬质陶瓷颗粒增强体的混合物。优选地，所述固化剂为氧化锌和氧化镁的混合物。优选地，所述固化剂中，氧化锌的质量分数为30～70％，氧化镁的质量分数为30～70％。复合涂料中的固化剂为氧化锌和氧化镁混合物，两者的固化作用不可互换。氧化锌碱性强，对磷酸盐粘接剂具有固化促进作用，显著降低粘接剂固化温度，对钝化膜形成具有积极作用，有效提高复合涂层的耐腐蚀性；氧化镁具有极好的耐火绝缘性能，与水易化合，露置空气中易吸收水分和二氧化碳，促进涂层胶凝硬化。优选地，所述铝基金属陶瓷功能填料中，硬质陶瓷颗粒增强体的质量分数为10～60％。优选地，所述铝粉为球状铝粉，纯度为99％，粒径为5～20μm；所述硬质陶瓷颗粒增强体包含氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒、氮化物陶瓷颗粒中的至少一种，纯度大于97％，粒径为0.1～1μm。所述氧化物陶瓷颗粒包含氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种；所述碳化物陶瓷颗粒包含碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化钨中的至少一种；所述氮化物陶瓷颗粒包含氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化硅中的至少一种。优选地，所述步骤(1)中，基材为钢铁材料，喷砂压力为0.2～0.5MPa，喷砂距离为100～200mm，砂粒径为120～180目。优选地，所述铝基金属陶瓷功能填料为硬质陶瓷颗粒增强体嵌入式包裹铝粉的复合填料，以三维混料或球磨混料方式制备；所述三维混料的混料时间为2～8h；所述球磨混料方式为：以氧化锆为磨球，球料比为2～4:1，球磨转速为150～400r/min，球磨时间为2～6h。优选地，所述步骤(2)中，复合涂料的制备方法包括如下步骤：(1)将无机磷酸盐粘接剂与蒸馏水混合，搅拌4～8h，得到溶液A；(2)将涂料助剂加入溶液A中，在密封条件下搅拌2～4h，直至形成澄清溶液，为溶液B；(3)将钝化剂加入溶液B中，搅拌2～4h，得到溶液C；(4)将固化剂加入溶液C中，搅拌0.5～1h，得到溶液D；(5)将铝基金属陶瓷功能填料加入溶液D中，辅助超声分散，搅拌3～5h，超声波功率为200～400W，得到所述复合涂料。同时，本专利技术公开了一种由上述方法制备的铝基金属陶瓷功能填料呈准连续微米级网络结构的涂层。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术提供的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法，提出在涂层金属功能填料中可控引入硬质陶瓷颗粒，以金属陶瓷复合强化方式提高防腐涂层的耐磨损性能。在铝金属功能填料中引入硬质陶瓷颗粒，引入的硬质陶瓷颗粒以嵌入方式填充铝颗粒填料间隙，形成准连续微米级网络结构，可使涂层整体承受较高的正向摩擦载荷，以此更好的抵抗外界刮擦或风雨冲刷对涂层的直接损伤，提高涂层的耐磨性。2)本专利技术提供的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法，硬质陶瓷颗粒嵌入填充铝颗粒填料间隙，使涂层获得更好的致密性，铝基金属陶瓷功能填料形成的阻隔层可更有效阻挡腐蚀介质与基材接触，其壁垒防腐效应得到充分发挥，涂层的寿命与耐候性得到提高。3)本专利技术制备的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层及其制备方法，耐盐水性(35℃)750h无剥落、起泡、生锈，中性盐雾(35℃)1000h无剥落、起泡、生锈，耐磨性(500g，1000转)，重量损失量＜0.05g。附图说明图1为本专利技术所述复合涂层的结构示意图；图2为实施例1制备的复合涂层的微观组织图，图中A为基材，B为铝粉填料，C为无机磷酸盐粘结剂，D为硬质陶瓷颗粒增强体。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1本专利技术所述耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的一种实施例，本实施例所述复合涂层的制备方法包括如下步骤：(1)处理基材：对45#钢板基材表面进行除油和喷砂处理。除油处理采用高温除油方式，除油温度为330℃，除油时间为1h；采用喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)处理基材：对基材进行除油和喷砂处理；/n(2)制备复合涂料：复合涂料包含如下重量份的成分：无机磷酸盐粘接剂1000～1200份、蒸馏水1000～1500份、涂料助剂15～45份、钝化剂20～45份、固化剂15～20份和铝基金属陶瓷功能填料800～2000份；首先将无机磷酸盐粘接剂与蒸馏水搅拌均匀，得到澄清溶液，然后依次添加涂料助剂、钝化剂、固化剂和铝基金属陶瓷功能填料，混合均匀，得到复合涂料；/n(3)制备涂层：将复合涂料涂覆于步骤(1)所述的基材上，干燥1～3h，随后进行热处理固化，固化温度为200～340℃，固化时间大于10min，得到所述耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)处理基材：对基材进行除油和喷砂处理；
(2)制备复合涂料：复合涂料包含如下重量份的成分：无机磷酸盐粘接剂1000～1200份、蒸馏水1000～1500份、涂料助剂15～45份、钝化剂20～45份、固化剂15～20份和铝基金属陶瓷功能填料800～2000份；首先将无机磷酸盐粘接剂与蒸馏水搅拌均匀，得到澄清溶液，然后依次添加涂料助剂、钝化剂、固化剂和铝基金属陶瓷功能填料，混合均匀，得到复合涂料；
(3)制备涂层：将复合涂料涂覆于步骤(1)所述的基材上，干燥1～3h，随后进行热处理固化，固化温度为200～340℃，固化时间大于10min，得到所述耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层。


2.如权利要求1所述的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述无机磷酸盐粘接剂包含磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酸性多聚磷酸盐中的至少一种；所述涂料助剂为正硅酸乙酯；所述钝化剂为铬酸镁；所述固化剂包含氧化锌、氧化镁中的至少一种；所述铝基金属陶瓷功能填料为铝粉和硬质陶瓷颗粒增强体的混合物。


3.如权利要求2所述的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述固化剂中，氧化锌的质量分数为30～70％，氧化镁的质量分数为30～70％。


4.如权利要求2所述的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述铝基金属陶瓷功能填料中，硬质陶瓷颗粒增强体的质量分数为10～60％。


5.如权利要求4所述的耐磨防腐铝基金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于，所述铝粉为球状铝粉，纯度为99％，粒径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林颖菲，郑志斌，王彦启，路建宁，郑开宏，
申请(专利权)人：广东省科学院材料与加工研究所，梅州市粤科新材料与绿色制造研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44