:本發明屬于金屬表面噴涂技術領域，具體涉及一種純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法。
背景技術：
:純鋁絲材電弧噴涂鋁涂層被認為是一種成本低、易于施工、最有效的大型鋼鐵構件長效防護方法，對海洋環境下工作的鋼鐵構件設施具有很好的保護作用,在艦船、海上石油勘探設施以及港口中的鋼鐵設施都有大量成功的應用案例。電弧噴涂鋁涂層對鋼鐵構件的防護作用主要基于物理覆蓋作用和犧牲陽極作用,防腐效果可達到20a，而普通油漆僅為兩年。但是，電弧噴涂純鋁涂層的致命弱點是耐磨性差，在一些需要耐磨防滑的部位，純鋁涂層難以勝任，迫切需要提高鋁涂層的耐磨防滑性能。與純鋁涂層相比，在鋁涂層中添加氧化鋁強化粒子制備成復合涂層可以顯著提高涂層的耐磨性，而且不降低涂層的抗腐蝕性能及其與基體的結合強度。美國海軍艦艇上的主甲板、人員活動走廊、直升機起落防滑甲板等部位，采用電弧噴涂實心Al/Al2O3絲材制備的鋁基復合防滑涂層，不僅滿足了這些部位對防滑性能的要求，而且解決了并存的腐蝕和磨損問題。但是，對于電弧噴涂材料的絲材要求易于制作，且須有足夠的柔韌性以便送絲穩定。如純鋁實心絲材則具備這些優勢，經過熔煉、澆鑄及拔絲即成，操作方便，效率高。而實心Al/Al2O3絲材制備由于Al2O3硬質相的存在，使其柔韌性降低，進而導致合金絲的拉拔困難，很大程度上限制了實心Al–Al2O3絲材制備復合防滑涂層的實際應用。為了解決這一問題，人們發明了粉芯絲材。粉芯絲材由金屬包敷層和不同類型的填充物(如各種合金、氧化物、碳化物等)組成，由于不受拉拔成絲的限制，克服了實心絲材中硬質相使合金絲拉拔困難的缺點，只需簡單調整金屬外皮和粉芯成分或調節加粉系數即可調節涂層成分，獲得不同使用要求的涂層，兼具實心絲材和粉末的優點。但鋁基粉芯絲材由于純鋁包覆層挺度小、易變形等特點,其噴涂工藝較實心絲材差。因此，基于上述絲材各自的優勢與不足，本發明提出純鋁線材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法。
技術實現要素：
綜上所述，本發明的目的是針對現有鋁基絲材制備Al–Al2O3復合防滑涂層存在的問題，而研究的一種純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法。采用這種方法制備的Al–Al2O3復合涂層，克服了實心Al–Al2O3絲材與純鋁包敷層粉芯絲材各自的不足，能夠滿足大型鋼構件一些部位需在耐磨防滑條件下使用的要求。本發明的主要技術方案是采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓氧氣作為霧化推進氣體制備Al–Al2O3復合涂層。具體地說，是在鋼鐵構件表面經過預處理后，采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓氧氣作為霧化推進氣體，在電弧噴涂過程中，氧和熔融狀態下的鋁在飛行過程中發生反應，生成氧化鋁化合物，當熔融的鋁滴落在經預處理過的鋼鐵構件表面時固化，形成Al–Al2O3復合涂層，以實現提高鋼鐵構件表面耐磨防滑的目的。本發明的技術方案是這樣實現的：一種純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，包括以下步驟：第一步、噴涂前對鋼鐵構件表面進行預處理；第二步、采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓氧氣作為霧化推進氣體制備Al–Al2O3復合涂層；噴涂工藝參數為：噴涂電壓30V～35V,噴涂電流150A～250A，噴涂距離150mm～220mm，霧化推進氣體壓力0.5MPa～0.9MPa，噴涂角度75°～90°；第三步、按第二步的方法和條件噴涂2～10層，厚度為0.5mm～2.5mm，以實際工況條件確定噴涂復合層的厚度；關閉電弧電源，關閉高壓氧氣源。進一步，第一步所述的噴涂前對鋼鐵構件表面進行預處理，是指對鋼鐵構件待噴涂表面進行噴砂處理，去除表面的氧化皮，使之露出潔凈、新鮮、粗化的金屬表面；噴砂使用的磨料為20#棕剛玉。進一步，第二步所述的噴涂材料純鋁絲材為φ2mm～φ3mm的L1鋁絲,含鋁量在99.7%以上。進一步，第二步所述的霧化推進氣體為工業純氧氣。進一步，第二步所述的工藝參數優選：噴涂電壓32V～34V,噴涂電流120A～180A，噴涂距離160mm～200mm，霧化推進氣體壓力0.6MPa～0.8MPa。本發明的積極效果是：1.本發明提出的純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，由于采用高壓氧氣作為霧化推進氣體，在電弧噴涂過程中，氧和熔融狀態下的鋁在飛行過程中發生反應，生成氧化鋁化合物，形成Al–Al2O3復合涂層。復合涂層中的較硬的氧化鋁粒子抗剪切強度要比鋁大，摩擦過程中能有效保護較軟的鋁基體，使涂層磨損減小；暴露在涂層表面的氧化鋁粒子使涂層表面粗糙，能夠提高涂層的摩擦因數，適于用作耐磨防滑涂層。2.本發明提出的純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，所使用的純鋁絲材，同實心Al/Al2O3絲材相比，其柔韌性更好，且易于加工制作，價格低廉，成本顯著降低。3.本發明提出的純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，所使用的純鋁絲材，同純鋁包敷層粉芯絲材相比，挺度較高，不易變形,其噴涂工藝較純鋁包敷層粉芯絲材好。4.本發明提出的純鋁絲材電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，所使用的純鋁絲材及工業純氧氣，市場供應充足，且該方法具有操作簡便、適用性強的特點，便于推廣使用。具體實施方式：以下結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例1：厚度為8mm，長、寬尺寸為200mm×100mm的Q235普通碳素鋼板材，在其表面以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體，電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，包括以下步驟：第一步、對Q235普通碳素鋼板材表面進行噴砂預處理，去除表面的氧化皮，使之露出潔凈、新鮮、粗化的金屬表面；噴砂使用的磨料為20#棕剛玉；第二步、采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，噴涂材料純鋁絲材為φ2mm的L1鋁絲,含鋁量在99.7%以上；用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體制備Al–Al2O3復合涂層；噴涂工藝參數為：噴涂電壓32V,噴涂電流120A，噴涂距離160mm，霧化推進氣體壓力0.6MPa，噴涂角度75°～90°；第三步、按第二步的方法和條件重復噴涂，本實施例復合涂層的厚度至0.6mm～1.2mm；關閉電弧電源，關閉高壓氧氣源。實施例2：厚度為10mm，長、寬尺寸為300mm×150mm的Q255普通碳素鋼板材，在其表面以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體，電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，包括以下步驟：第一步、對Q255普通碳素鋼板材表面進行噴砂預處理，去除表面的氧化皮，使之露出潔凈、新鮮、粗化的金屬表面；噴砂使用的磨料為20#棕剛玉；第二步、采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，噴涂材料純鋁絲材為φ3mm的L1鋁絲,含鋁量在99.7%以上；用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體制備Al–Al2O3復合涂層；噴涂工藝參數為：噴涂電壓33V,噴涂電流150A，噴涂距離180mm，霧化推進氣體壓力0.7MPa，噴涂角度75°～90°；第三步、按第二步的方法和條件重復噴涂，本實施例復合涂層的厚度至1.2mm～1.8mm；關閉電弧電源，關閉高壓氧氣源。實施例3：厚度為12mm，長、寬尺寸為300mm×200mm的16Mn普低鋼板材，在其表面以純鋁絲材作為噴涂材料，用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體，電弧噴涂制備Al–Al2O3復合涂層的方法，包括以下步驟：第一步、對16Mn普低鋼板材表面進行噴砂預處理，去除表面的氧化皮，使之露出潔凈、新鮮、粗化的金屬表面，噴砂使用的磨料為20#棕剛玉；第二步、采用電弧噴涂工藝，以純鋁絲材作為噴涂材料，噴涂材料純鋁絲材為φ3mm的L1鋁絲,含鋁量在99.7%以上；用高壓工業純氧氣作為霧化推進氣體制備Al–Al2O3復合涂層；噴涂工藝參數為：噴涂電壓34V,噴涂電流180A，噴涂距離200mm，霧化推進氣體壓力0.8MPa，噴涂角度75°～90°；第三步、按第二步的方法和條件重復噴涂，本實施例復合涂層的厚度至1.8mm～2.4mm；關閉電弧電源，關閉高壓氧氣源。本發明克服了實心Al–Al2O3絲材與純鋁包敷層粉芯絲材各自的不足，可在結構鋼構件表面獲得結合牢固的Al–Al2O3復合涂層，能夠滿足大型鋼構件表面耐磨防滑的工況條件。所使用的純鋁絲材，同實心Al/Al2O3絲材相比，其柔韌性更好，且易于加工制作，價格低廉，成本顯著降低。同純鋁包敷層粉芯絲材相比，挺度較高，不易變形，其噴涂工藝較純鋁包敷層粉芯絲材好。本發明制備的Al–Al2O3復合涂層與淬火45鋼對磨件在摩擦磨損試驗過程中，摩擦因數基本穩定，保持在0.6～0.7之間，這與用實心Al–Al2O3絲材或純鋁包敷層粉芯絲材制備的Al–Al2O3復合涂層的摩擦因數相當。