[发明专利]稀土金属表面无碳复合防护涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土金属表面无碳复合防护涂层的制备方法，包括：对稀土金属基体进行表面清洗，在惰性气氛的保护下进行热处理，在稀土金属基体的表面附着内部涂层；对内部涂层进行表面处理，通过物理气相沉积方法在内部涂层的外侧附着外部涂层。本发明能够在稀土金属表面上形成连续致密、抗腐蚀能力强和结合力好的无碳防护涂层，且在制备的各环节不会使稀土金属基体被氧化。

技术领域

本发明属于稀土金属表面防护涂层制备领域，具体说，涉及一种稀土金属表面无碳复合防护涂层的制备方法。

背景技术

稀土元素被誉为“工业维生素”，在军事、石油化工、冶金、农业和新材料等各个领域都有着重要的应用。稀土金属的活泼性非常高，很容易被氧化和腐蚀，其应用受到了一定的限制，因此需要在稀土金属或合金表面制备防护涂层以提高其耐腐蚀性。在制备涂层之前通常需要对基体进行酸洗除锈处理，以提高基体和涂层的结合力。对于某些稀土金属或合金而言，在空气或水中都可能被氧化，如果遇到酸溶液将会很快地被反应掉，故而稀土金属或合金不宜在溶液中进行除锈和电镀处理。此外，在一些特殊情况下，需要将稀土金属制成标准样品以分析其中的碳含量。这就要求在稀土金属表面防护涂层的制备过程中不能引入碳元素，即在该种情形下，有机涂层不能被采用。与此同时，不同地理位置的温度与湿度不同，这就要求涂层需具有较好的防腐性能，如果稀土基体被腐蚀，将会使得标样失效。

如上所述，急需开发一种在稀土金属表面上兼具除锈、活化功能，且连续致密、抗腐蚀能力强和结合力好的无碳防护涂层。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种稀土金属表面无碳复合防护涂层的制备方法，能够在稀土金属表面上形成连续致密、抗腐蚀能力强和结合力好的无碳防护涂层，且在制备的各环节不会使稀土金属基体被氧化。

技术方案如下：

一种稀土金属表面无碳复合防护涂层的制备方法，包括：

对稀土金属基体进行表面清洗，在惰性气氛的保护下进行热处理，在稀土金属基体的到表面附着内部涂层；

对内部涂层进行表面处理，通过物理气相沉积方法在内部涂层的外侧附着外部涂层。

进一步，将稀土金属基体、填充料与内部涂层金属粉末装入反应腔体中，粉末粒度粒度为20~400目，内部涂层金属粉末占填充料和内部涂层金属粉末总体积的85%以下；对反应腔体进行抽真空-充惰性气体操作，反应腔体在旋转状态下，填充料对稀土金属表面的氧化层及表面附着的氧化物或杂质碎屑进行磨削和清理；清洗结束后，将反应腔体中充入惰性气体至5×10-2~8×10-1Pa，随后经过加热、保温和扩散退火的热处理工序，加热温度400~600℃，保温3~8h，扩散退火至50℃以下；反应腔体在热处理过程中处于旋转状态，通过热处理，内部涂层粒子沉积在新鲜的稀土金属的表面形成内部涂层。

进一步，内部涂层金属粉选用低熔点金属粉末或合金粉末，内部涂层粒子选用低熔点金属粒子。

进一步，内部涂层金属粉可选择不含碳的Zn粉、Al粉、Sn粉或合金粉，内部涂层粒子为Zn、Al或者Sn金属粒子。

进一步，稀土金属基体的材质选用纯稀土金属、多种稀土元素组成的合金，填充料包括填充物和活化剂；填充物选用氧化铝、石英砂、钢玉砂或者耐火黏土，活化剂选用NH₄Cl、NH₄Br，活化剂的体积占比为填充料的2.5%以下。

进一步，热处理的升温速度、保温时间、冷却速度根据内部涂层金属的性质而定。

进一步，对内部涂层进行表面处理时，将附有内部涂层的稀土金属基体进行适度的打磨抛光后置于无水乙醇中，超声处理3~15min，然后用去离子水冲洗2~3次，以去除灰尘和污渍；随后将清洗后的稀土金属放入弱酸中活化30~180s, 之后置于无水乙醇中超声处理1~5min，随后取出吹干；内部涂层的厚度为20~60μm。