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一种基于等离子技术制备纳米NiAl耐腐蚀涂层的方法与流程

2022-02-22 03:09:15 来源:中国专利 TAG:
一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法
技术领域
1.本发明属于纳米涂层技术领域,具体涉及一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法。


背景技术:

2.在被防护基体上涂覆一层耐蚀性强的防护涂层是腐蚀领域普遍采用的方法,等离子喷涂技术是目前涂覆技术使用规模最大、设计领域最多、最具有发展前景的涂覆技术之一,随着人们对等离子喷涂技术研究的日益深入,等离子喷涂材料已由原来的普通粉末发展至喷涂微米级别粉末,由于小尺寸材料具备自身独特的性能,喷涂材料颗粒尺寸的减小是等离子喷涂技术的一大进步。从目前等离子喷涂技术的发展情况来看,微米材料的喷涂在等离子喷涂工艺上已经发展到较为成熟的阶段。
3.孔洞和裂纹的大量存在一直是等离子喷涂技术中一个最普遍亦最难以解决的问题,一如普通粉末作为等离子喷涂材料的情况一样,微米粉末作为等离子喷涂材料并未完全解决等离子涂层中存在大量孔洞和裂纹的问题。尤其在腐蚀领域,采用等离子防护涂层对基体进行耐腐蚀防护,但却因涂层中存在的大量孔洞和裂纹使腐蚀介质穿透孔洞裂纹而直接对基体进行腐蚀。
4.随着纳米技术研究的不断深入,纳米粉体的应用越来越普遍,且由于机械合金化法制备纳米粉体技术的日益成熟,纳米粉体的制备成本也大幅度下降,这为纳米粉体在工业化大规模使用提供了前提条件。纳米技术与等离子技术相结合,采用纳米粉体作为等离子喷涂材料已成为等离子喷涂技术领域最新的研究课题,从目前纳米粉体在等离子喷涂技术应用研究情况来看,目前在热障涂层领域研究较为领先,且已经取得一定的效果,但从腐蚀领域来看,目前这一技术的研究还较为滞后。


技术实现要素:

5.发明目的:本发明针对现有技术中的不足,提出一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,将纳米技术与等离子技术相结合制备纳米等离子nial涂层,并采用液相分散喷雾合成法对纳米粉体进行预处理,可成功将纳米粉体喷涂至被防护基体表面,由于纳米粉体的独特的表面效应、小尺寸效应、高能效应等特殊性能,可使纳米粉体在喷涂过程中相互结合更加紧密,颗粒之间孔洞及裂纹更少,从而大幅度改善等离子涂层中孔洞及裂纹较多的问题。
6.技术方案:本发明所述的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,使其混合物成为胶状物;(2)对胶状物搅拌一段时间;(3)搅拌结束后对胶状物进行风干,风干后得到纳米nial耐腐蚀颗粒;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米
nial耐腐蚀涂层。
7.进一步的,所述水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:0.5-1.5:5-15。
8.进一步的,步骤(1)所述胶状物中固态物质的体积分数为15%—40%。
9.进一步的,步骤(2)中采用机械搅拌法对胶状物进行搅拌。
10.进一步的,步骤(2)中搅拌时间为15min—50min。
11.进一步的,步骤(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干, 风干时间30-50min。
12.进一步的,所述热风机的风干水的效率为7 kg /h。
13.进一步的,步骤(4)等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体。
14.进一步的,所述氦气与氢气的比值为10%—45%。
15.进一步的,步骤(4)之后还包括:进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
16.有益效果: 本发明的有益效果如下:1、本发明采用等离子喷涂技术及液相分散喷雾合成法成功制备出纳米复合nial等离子涂层,利用纳米的独特性能,可制备出性能远远优于微米涂层的耐腐蚀涂层;2、由于在等离子喷涂过程中样品在高温段的时间非常短,约为10-3
,所以在喷涂过程中纳米颗粒来不及长大,在喷涂涂层中仍然以纳米尺度存在,在喷涂过程中纳米颗粒由于小尺寸性及高能性能,微粒具有更紧密的结合,且元素分布更加均匀,且在高温下纳米颗粒的微小长大行为使颗粒之间的结合更加精密均匀,颗粒之间的孔洞和裂纹更好,本发明正是利用纳米颗粒这些优良的性能,从而可制备出孔洞及裂纹更少的等离子涂层,从而有效提高涂层的耐腐蚀防护作用;3、本发明工艺简单,效果明显,对环境无污染,且由于机械合金化工艺在制备纳米粉体方面的日益成熟,纳米粉体的生产成本也大幅度下降,本发明如结合机械合金化技术,则非常适宜在工业化生产中大量投用。
具体实施方式
17.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
18.实施例1本发明的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,其中水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:0.5:5;使其混合物成为胶状物,胶状物中固态物质的体积分数为15%;(2)使用机械搅拌法对胶状物搅拌15min;(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干,热风机风干水的效率为7 kg /h,
风干时间由胶状物总量及水的体积分数确定,风干时间30-50min;风干后得到粒径为几十微米形状为圆形或椭圆形的纳米nial耐腐蚀颗粒,这些颗粒流动性好,适合作为等离子喷涂材料;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米nial耐腐蚀涂层;等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体,氦气与氢气的比值为10%;制备结束后,样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
19.实施例2本发明的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,其中水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:0.7:7;使其混合物成为胶状物,胶状物中固态物质的体积分数为25%;(2)使用机械搅拌法对胶状物搅拌25min;(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干,热风机风干水的效率为7 kg /h,风干时间由胶状物总量及水的体积分数确定,风干时间30-50min;风干后得到粒径为几十微米形状为圆形或椭圆形的纳米nial耐腐蚀颗粒,这些颗粒流动性好,适合作为等离子喷涂材料;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米nial耐腐蚀涂层;等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体,氦气与氢气的比值为15%;制备结束后,样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
20.实施例3本发明的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,其中水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:0.9:9;使其混合物成为胶状物,胶状物中固态物质的体积分数为30%;(2)使用机械搅拌法对胶状物搅拌35min;(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干,热风机风干水的效率为7 kg /h,风干时间由胶状物总量及水的体积分数确定,风干时间30-50min;风干后得到粒径为几十微米形状为圆形或椭圆形的纳米nial耐腐蚀颗粒,这些颗粒流动性好,适合作为等离子喷涂材料;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米nial耐腐蚀涂层;等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体,氦气与氢气的比值为25%;制备结束后,样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
21.实施例4本发明的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,其中水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:1:10;使其混合物成为胶状
物,胶状物中固态物质的体积分数为35%;(2)使用机械搅拌法对胶状物搅拌45min;(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干,热风机风干水的效率为7 kg /h,风干时间由胶状物总量及水的体积分数确定,风干后得到粒径为几十微米形状为圆形或椭圆形的纳米nial耐腐蚀颗粒,风干时间30-50min;这些颗粒流动性好,适合作为等离子喷涂材料;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米nial耐腐蚀涂层;等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体,氦气与氢气的比值为35%;制备结束后,样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
22.实施例5本发明的一种基于等离子技术制备纳米nial耐腐蚀涂层的方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)将nial纳米粉体加入适量水及聚丙烯酸分散剂,其中水及聚丙烯酸分散剂与nial纳米粉体的质量比为:nial纳米粉体:聚丙烯酸:水=100:1.5:15;使其混合物成为胶状物,胶状物中固态物质的体积分数为40%;(2)使用机械搅拌法对胶状物搅拌50min;(3)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干,热风机风干水的效率为7 kg /h,风干时间由胶状物总量及水的体积分数确定,风干时间30-50min;风干后得到粒径为几十微米形状为圆形或椭圆形的纳米nial耐腐蚀颗粒,这些颗粒流动性好,适合作为等离子喷涂材料;(4)纳米nial耐腐蚀颗粒作为等离子喷涂材料进行等离子喷涂作业,形成纳米nial耐腐蚀涂层;等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体,氦气与氢气作为辅助喷涂气体,氦气与氢气的比值为45%;制备结束后,样品进行微观结构形貌及耐腐蚀性能测试。
23.对上述实例1-实施例5处理后的样品进行表面宏观及耐蚀性能进行测试,结果如下:表1:通过实例处理后各样品性能
实例实例1实例2实例3实例4实例5涂层微观形貌结构致密放大300倍观测没有孔洞及裂纹结构致密放大300倍观测没有孔洞及裂纹结构致密放大300倍观测没有孔洞及裂纹结构致密放大300倍观测没有孔洞及裂纹结构致密放大300倍观测没有孔洞及裂纹腐蚀电流密度(μa/cm2)17.6117.5217.9117.4217.31腐蚀电位/v-0.621-0.605-0.684-0.617-0.582
从实例测试情况来看,通过本发明所制备的nial纳米复合涂层具有致密的微观结构及很强的耐蚀性能。
24.本发明正是将纳米技术与等离子技术相结合制备纳米等离子nial涂层,并采用液相分散喷雾合成法对纳米粉体进行预处理,可成功将纳米粉体喷涂至被防护基体表面,由于纳米粉体的独特的表面效应、小尺寸效应、高能效应等特殊性能,可使纳米粉体在喷涂过程中相互结合更加紧密,颗粒之间孔洞及裂纹更少,从而大幅度改善等离子涂层中孔洞及裂纹较多的问题。
25.以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
再多了解一些

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