[发明专利]一种环保型无铬离子的水性磷酸盐基渗铝硅料浆

说明书

技术领域

本发明涉及料浆法渗铝硅涂层技术，特别提供了一种环保型无铬离子的水性磷酸盐基渗铝硅料浆。

背景技术

铝化物涂层因在高温氧化性气氛中易于形成保护性的刚玉型氧化铝膜而具有优异的抗高温氧化性能，对航空发动机、燃气轮机以及锅炉等热端部件具有良好的高温防护性能[参见文献：N.Birks,G.H.Meier,F.S.Pettit,Introduction to the high-temperature oxidation of metals,2^nd edition,Cambridge University Press,Cambridge,2006]。由于单一铝化物涂层一般脆性较高以及在热腐蚀环境下保护性不够理想，各种元素如铬、硅、铂等改性的铝化物涂层的研究大量涌现[参见文献：王福会，高温扩散型铝化物涂层，材料保护，25(1992)44-47]。其中硅改性的铝化物涂层表现出了优异的抗热腐蚀性能，加上易于制备和成本低廉，在各相关工业领域的高温防护中占据重要地位[参见文献：张民之,谢飞,周正华,双学壮,万一群，粉末法铝硅共渗提高耐热钢抗渗碳性能，热加工工艺，36(2007)44-46,49；刘培生，铝化物高温防护涂层的现状，稀有金属材料与工程，32(2003)681-685]。

铝硅共渗工艺包括粉末包埋、气相和料浆法[参见文献：M.Goral,L.Swadzba,G.Moskal,G.Jarczyk,J.Aguilar,Diffusion aluminide coatings for TiAl intermetallic turbine blades,Intermetallics,19(2011)744-747；潘钢，熔烧型料浆法制备Al-Si涂层的应用研究，热加工工艺，35(2006)28-30]。粉末包埋法使用大量的粉末，产生粉尘危害，操作条件恶劣，加热过程中活化剂分解而排放出大量毒性气体，给操作人员的身体健康和周围环境带来严重威胁。气相法同样产生大量毒性气体，除对操作人员和环境带来威胁以外，对设备的侵蚀同样严重，从而增加了生产成本。比较而言，料浆法操作条件有所改善，可以使用刷涂、蘸涂或喷涂方法，将料浆沉积于工件表面，然后低温烘干固化，在真空或惰性气氛中加热保温一定时间即可。料浆中可不用活化剂，因而高温下没有毒性气体排放，对操作人员和设备均有利。

料浆法的关键是液相，液相提供粘结剂的作用，须保证料浆固化后具有一定的强度。料浆按组分分有机和无机两类。有机料浆会释放有机溶剂因而不环保，也存在工件易渗碳、料浆固化强度较低等一系列问题。无机料浆通常为水溶性，包括水玻璃基、磷酸及磷酸二氢铝基等，其固化强度通常较高。然而无机料浆通常或者碱性较强如水玻璃基料浆，或者酸性较强如磷酸及磷酸二氢铝基料浆，导致铝粉和硅粉被迅速侵蚀，难以直接使用。水玻璃固化温度稍高，但含有大量的钠离子或钾离子，高温下该类离子易于被铝或硅还原而可能进入工件对涂层性能产生不利影响。应用较多的是改性的磷酸及磷酸二氢铝基料浆，改性的方法是加入某种物质钝化铝粉表面。

铬酐(CrO₃)是常用的钝化剂，其溶于水后形成六价铬离子。六价铬离子是公认的强致癌物，并且对环境具有持久危害性，因而多数国家和地区对其使用严格限制。如欧盟ROHS指令（《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》）中，明文规定六价铬含量不能超过0.1%。对此，在料浆渗铝硅工艺中，Myers等人[参见文献：R.E.Myers,M.F.Mosser,K.B.Eddinger,J.E.Hughes,Hexavalent chromium-free phosphate-bonded coatings,Patent No.:US 6224675B1,2001]采用三价铬离子取代部分六价铬离子以降低其含量；Kool等人[参见文献：L.B.Kool,M.F.Gigliotti,S.F.Rutkowski,P.S.Svec,A.Kogan,R.DiDomizio,B.S.Noel,D.Carr,W.R.Thompson,Aluminizing slurry compositions free of hexavalent chromium,and related methods and articles,Patent No.:US 7270852B2,2007]采用加入部分有机稳定剂的方式延缓铝粉被磷酸盐侵蚀的速率，该方法制成的料浆反应方热严重，因而稳定性不理想，在一个小时内便形成粘稠状态。现代工业需要完全不含六价铬且稳定性高的环保型渗铝硅料浆。