[发明专利]钢铁材料表面复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钢铁材料表面复合涂层及其制备方法。本发明提供的钢铁材料表面复合涂层的制备方法相对于现有技术而言，目的在于提供一种适用于钢铁材料表面具有高耐蚀高耐磨性能的Al‑Al₂O₃复合涂层制备方法，该复合涂层可解决现有技术中存在的耐磨性能和耐蚀性能难以兼顾的问题。本发明提供的制备方法制备的复合涂层具有硬度高、耐蚀性好、结合力好、无污染等优点，特别适用于在海洋高湿热、高盐雾环境下钢铁运动构件的耐磨耐蚀防护。

技术领域

本发明涉及表面技术领域，具体而言，涉及一种钢铁材料表面复合涂层及其制备方法。

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。腐蚀不仅缩短了构件的寿命、降低使用率、大幅增加维护维修的费用和工作强度，而且对使用安全造成严重的威胁。因此，通常采用涂层技术解决钢铁材料在海洋气候下的耐磨耐蚀问题。

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。

中国专利201210310432.3一种铝、镁压铸件表面处理方法及其产品，该方法，涉及一种在需要高质感外观处理中的压铸件表面处理方法及其产品，它结合冷喷涂和微弧氧化表面处理技术，在有缺陷的压铸件表面制作出具有陶瓷效果的高质感压铸成品，该表面处理方法处理后的产品耐腐蚀性好，致密美观，兼具陶瓷质感效果。该方法主要用于改善压铸成型工件外观，用于各种需求高质感的外饰件。

中国专利201310145567.3一种轻质合金表面防护涂层的制备方法，它先采用纯Al或超纯Al粉末，利用冷喷涂方法在铝、镁、钛等轻质合金表面制备纯铝底层，然后采用阳极氧化方法在纯铝涂层表面制备氧化铝薄膜表层。该涂层抗腐蚀性能好于铝合金阳极氧化，但只能用于轻合金表面且对耐磨性提升有限。

中国专利201510777664.3一种碳钢或不锈钢表面基于镀铝层的微弧氧化陶瓷涂层及其制备方法，它首先采用多弧离子镀方法在碳钢或不锈钢基体表面形成具有纳米尺度的纯铝层，然后采用单正向脉冲的微弧氧化方法，在表面形成主要成分为Al₂O₃的陶瓷涂层。利用此方法制备的涂层兼具良好抗腐蚀、抗刮伤并具有极高的硬度，但由于该复合涂层较薄，仅5～30μm，难以满足运动构件在长期摩擦工况下的使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种钢铁材料表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：于钢铁材料的表面涂覆铝基底层；所述铝基底层的成分包括铝和Al₂O₃；

S2：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。

在某些实施方式中，所述S1还包括以下步骤：

S11：对钢铁材料进行碱性化学脱脂或者电解脱脂；

S12：采用喷砂的方法对钢铁材料进行表面粗化处理；