[发明专利]一种港口起重机防腐涂层及制备方法

说明书

一种港口起重机防腐涂层，由Cr子层和TiN子层在钢材基体上交替沉积而成，其最内层和最外层均为TiN子层。本发明的防腐涂层具有硬度高、刚度强、结合强度高的特点，能够在海洋腐蚀的环境下长期保持其结构上的完整。一种港口起重机防腐涂层的制备方法，包括预处理、离子清洗和涂层沉积的步骤，用于使Cr子层和TiN子层在钢材基体上交替沉积。本发明的制备方法克服Cr子层与TiN子层之间存在的熔滴缺陷，并使防腐涂层的厚度超过了10μm，达到长期防腐目标的基本要求。采用本发明制备方法获得的涂层，其结构完整致密、结合牢固可靠，并使涂层内的应力得到缓冲，使整个防腐涂层具有较佳的机械性能和优良的耐腐性能。

技术领域

本发明涉及防腐技术领域，尤其是涉及一种用于港口起重机防腐的防腐涂层，还涉及该防腐涂层的制备方法。

背景技术

近年来，随着国家经济的快速发展和对工业制造领域的重视，相关领域对起重机的要求越来越高。其中，海港口环境下工作的起重机，常年处于露天潮湿的腐蚀环境中，大气中的腐蚀介质如NaCl和水蒸气会吸附在起重机表面，并与其发生化学或电化学腐蚀。腐蚀产生的腐蚀坑会造成应力的集中，使得支座、法兰、高强度螺栓和吊具等起重机零部件发生破坏，强度明显降低。轻者，使起重机的承载能力减小；重者，会导致起重机发生断裂、坠毁事故，甚至引发重大的伤亡事故。

目前，常用的起重机防腐手段是涂覆油漆涂料。虽然油漆涂料在短期内能基本满足抗腐蚀要求，但长期使用仍存在着一些技术短板，如污染大、火灾隐患、强度低、易起泡脱落、耐水性差等问题。为解决此类问题，通常采用电镀或化学镀在高分子涂层中添加大量的铬盐或铅等化合物。但是此类涂层材料和制备手段会析出重金属离子，产生难以处理的废液，该废液会严重污染海洋、河流和土壤，违背国家可持续发展的绿色环保理念，给生态环境和人类健康造成严重的影响。

由上述可知，对现有起重机腐蚀措施的改进是极为必要的。以TiN为代表的金属氮化物涂层防腐蚀性好、强度高、附着力强、制备简单、成本低，可作为满足起重机防腐的潜在选择材料。

为发挥长期防护作用、延长起重机的使用寿命，高厚度的涂层是达到长期防腐目标的基本要求之一。但是作为一种陶瓷材料，TiN涂层随着厚度的增加，应力和脆性增大，涂层内部很容易出现开裂、剥落、分层等结合力缺陷，如图1所示。在后期服役过程中这些缺陷会导致涂层短期内剥离基体，防护性失效，使基体局部或者整体裸露在腐蚀环境内，基体会受到严重腐蚀。向金属氮化物涂层内部周期性地引入金属层可解决此类问题，韧性金属层能够容纳并释放金属氮化物涂层的应力，降低整个涂层的应力值，从而获得无开裂、分层或剥落等结构缺陷的高厚度值的金属/氮化物多层涂层。例如，公开号为CN102161106A中国专利公开了一种“Ti-TiNTi-MoS2/Ti双刀面涂层工具及其制备工艺”，其刀具表层为TiN的高硬度涂层，TiN层与基体之间沉积了Ti金属过渡层，该复合涂层具有较高的硬度和较低的摩擦系数。公开号为CN107012437A中国专利公开了一种“采用反应磁控溅射法制备高性能Ti/TiN/(AlTiCuSi)N涂层的方法”，其涂层由各子层交替沉积获得，涂层的表面质量高，附着力强。专利号为CN201910569349.X和CN201910569350.2的发明专利，在基体表面沉积了多层Ti/TiN涂层，该涂层具备良好的抗高温腐蚀性和氧化性。此外，论文（600 ℃/ NaCl-H₂O-O₂协同环境中Ti/TiAlN 多层涂层的耐蚀行为，中国腐蚀与防护学报，37, 2017：29-35）报道了Ti/TiAlN 多层涂层对钛合金良好的防腐性。论文（磁控溅射沉积Ti/TiN多层膜的组织特征及耐磨损性能，金属学报，51, 2015：1531-1537）报道的Ti/TiN 多层膜具有高的硬度、良好的结合强度和低摩擦系数等综合性能。