[发明专利]一种耐腐蚀性类水滑石/金属复合涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种耐腐蚀性类水滑石/金属复合涂层及其制备方法与应用，包括冷喷涂金属涂层以及在其表面原位生长的负载有缓蚀剂阴离子的层状双羟基复合金属氢氧化物层，所述缓蚀剂阴离子通过插层方式负载于所述层状双羟基复合金属氢氧化物，该涂层耐腐蚀性能好，尺寸不受限制，制备方法绿色简单、可控性好。

技术领域

本发明涉及金属材料腐蚀防护技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀性类水滑石/金属复合涂层及其制备方法与应用。

背景技术

冷喷涂是热喷涂家族中最新发展起来的一种表面防护及涂层制备技术，以压缩气体作为加速介质，带动金属颗粒在固态下以极高的速度碰撞基板，喷涂颗粒发生剧烈的塑性变形，进而沉积形成涂层，从而对基体形成保护。与传统热喷涂、激光熔覆等表面技术相比，冷喷涂金属涂层的化学成分及显微组织结构可与喷涂原材料保持一致，不存在氧化、相变、晶粒长大等现象，涂层结构致密、气孔少，适用于喷涂热敏感材料及相变敏感材料，在制备铝合金、镁合金、钛合金等轻合金涂层以及非晶合金、高熵合金等新型合金涂层方面具有独特的优势。同时，作为固态的涂层制备技术，冷喷涂过程不使用、也不产生有毒、有害气体及溶剂，是高效环保的涂层制备技术。

在冷喷涂金属涂层沉积过程中，优先喷涂的粉末颗粒会受到后续粉末颗粒的连续撞击而使结合更加紧密，相互之间的结合力也更大，涂层致密性高。但是，冷喷涂金属涂层表层颗粒因未受到后续颗粒的夯实作用，使得表层区域颗粒间结合不够紧密，易产生较高的孔隙率和较大的粗糙度。在腐蚀环境中，腐蚀介质由冷喷涂金属涂层表层的孔隙和粗糙部位的凹坑处进入涂层内部，在闭塞电池作用下将大大地降低冷喷涂金属涂层整体的耐腐蚀性能。因此，提高冷喷涂金属涂层表层区域的耐腐蚀性能是提高冷喷涂金属涂层腐蚀防护性能的关键。

目前提高冷喷涂金属涂层腐蚀防护性能的方法主要有：

1、优化冷喷涂金属涂层的成分或组织结构。

李焰等人[CN 105543835 B]通过在铝粉中添加稀土、镁等微量合金元素，制备了铝基耐蚀涂层；李焰等人[CN 105525286 B]还混合喷涂Al、Al2O3以及M(为铝稀土合金和/或铝镁合金与二硫化钼和/或二硫化钨的组合)，制备铝基耐磨蚀复合涂层；陈杰等人[CN110616424 A]使用Al-Ni-RE非晶合金粉末，混合一定的陶瓷增强相来制备铝基耐腐蚀复合涂层。上述方法虽然可提高冷喷涂金属涂层本体的耐腐蚀性能，但是并不能改善涂层表层孔隙率高、粗糙度大的问题。同时稀土合金、非晶合金、高熵合金等喷涂粉末原料制备过程复杂、粉末来源有限、价格昂贵，难以实现大规模应用。例如，对于高熵合金涂层，因难以获得大量所需成分的高熵合金粉末，冯力等人[CN 110359038 A]将Ni、Co、Cr、Al和Cu的纯金属原料粉末混合均匀制备冷喷涂金属涂层，然后进行感应重熔原位合成，得到了NiCoCrAlCu高熵合金涂层。重熔过程中低熔点金属易氧化烧损，难以达到原子尺度的均匀混合，使得该方法制备的高熵合金涂层的结构和性能与铸态高熵合金存在较大差距。

2、优化冷喷涂工艺，提高涂层的致密性。

冷喷涂金属涂层的致密性是原材料组织成分以外影响整体构件耐腐蚀性能的最重要因素。冷喷涂金属涂层的致密性取决于冷喷涂颗粒在碰撞沉积过程中塑性变形量的大小：塑性变形量越大，涂层的致密度越高，耐腐蚀性越好。增加颗粒形变量最直接的方法是提高喷涂粉末的速度和温度。然而显著提高颗粒的温度将会导致低熔点金属过度软化，进而沉积在喷枪内壁，造成喷枪堵塞，喷涂过程可控性差，难以连续喷涂生产；同时在喷涂的过程中过高温度的颗粒暴露在空气中也可能导致颗粒被部分氧化，影响涂层中颗粒的结合质量，造成涂层性能的降低。显著提高颗粒的速度则需要使用较高的气体压力或采用价格昂贵的氦气作为加速气体，这对设备提出了更高的要求并将大幅增加生产成本。