本發(fā)明涉及復(fù)合材料，尤其是一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、連接金具兼具腐蝕與磨損兩種工況。在腐蝕方面，由于輸電線路常年暴露于各種氣象條件下，致使線路金具的腐蝕無時(shí)無刻不在發(fā)生，金具防腐最為常規(guī)的方式為熱鍍鋅處理，但熱鍍鋅層經(jīng)300余小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后便出現(xiàn)紅銹，現(xiàn)役金具普遍的表面銹蝕直觀說明了鍍鋅層難以滿足電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)防腐需要。在磨損方面，微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、覆冰、次檔距振動(dòng)、導(dǎo)線脫冰跳躍等均在不同程度上導(dǎo)致線路金具的磨損，金具表面的熱鍍鋅層根本無抗磨損功能，常用的35鋼等基材的硬度不足210hv，磨損性能欠佳，導(dǎo)致了連接金具在交互力作用下的快速失效。

2、因此，需要提供一種具有更高的耐磨、耐腐蝕性能的保護(hù)涂層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的保護(hù)涂層的性能仍有待提升的缺陷，提供一種具有更高性能的耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層。

2、本發(fā)明的另一目的在于，提供所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的制備方法。

3、本發(fā)明的另一目的在于，提供所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層在防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

5、一種耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層，所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層包括依次設(shè)置在金屬基材表面的氮層和鋅層，所述鋅層包括如下質(zhì)量百分含量的組分：0.8-4.0％的al，2.0-4.0％的mg，0.1-0.4％的si，0.01-0.1％的ta，余量為zn和不可避免的雜質(zhì)。

6、本發(fā)明通過在金屬基材表面依次設(shè)置氮層和摻雜改性的鋅層，形成一種復(fù)合涂層對(duì)基材進(jìn)行保護(hù)，本發(fā)明的復(fù)合涂層具有很好的耐磨性和耐腐蝕性能。

7、在鋅層中摻雜al、mg和si元素，可以顯著提高表面鋅層的耐腐蝕性能；添加ta元素，可以進(jìn)一步提高表面鋅層的耐腐蝕性能和表面光澤性能，同時(shí)還可提高鋅層和氮層之間的結(jié)合強(qiáng)度，有利于充分發(fā)揮氮層的耐磨性和鋅層的耐腐蝕性能。

8、優(yōu)選地，所述鋅層中，ta的質(zhì)量百分含量[ta]與mg、si元素總質(zhì)量百分含量[mg+si]的比例為[ta]：[mg+si]＝(40-100)：1。上述元素在合適的比例下，能夠得到表面光澤性和耐腐蝕性能更優(yōu)異的復(fù)合涂層。

9、優(yōu)選地，所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的氮層和鋅層的厚度比例為(1-1.5)：1。氮層和鋅層在合適的厚度比例下，有利于將復(fù)合涂層的耐磨性和耐腐蝕性能均發(fā)揮到最大化。

10、優(yōu)選地，所述氮層的厚度為150-500μm。

11、優(yōu)選地，所述鋅層的厚度為70-150μm。

12、所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層的制備方法，包括如下步驟：

13、s1金屬基材經(jīng)過表面清潔后，置于離子氮化爐中進(jìn)行滲氮處理，滲氮處理結(jié)束后，去除氮層表面的殘留雜質(zhì)，得到表面負(fù)載有氮層的金屬基材；

14、s2將步驟s1得到的表面負(fù)載有氮層的金屬基材，浸入到溫度為420-480℃的鍍鋅液中進(jìn)行熱鍍鋅處理，然后經(jīng)冷卻、鈍化、水洗、干燥后，即可得到所述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層。

15、本發(fā)明先對(duì)基材表面進(jìn)行滲氮處理，一方面，氮層可以為金屬基材提供一定的耐磨性；另一方面，還可以對(duì)金屬基材進(jìn)行活化，提供一種活性較高的表面，可以進(jìn)一步進(jìn)行鍍鋅處理。

16、進(jìn)一步將表面負(fù)載有氮層的金屬基材置于鍍鋅液中進(jìn)行熱鍍處理，本發(fā)明通過對(duì)鍍鋅液的組成進(jìn)行改性，添加了al、mg和si提高鋅層的耐腐蝕性能；本發(fā)明的發(fā)明人研究還發(fā)現(xiàn)，在鍍鋅液中進(jìn)一步添加稀土元素中的ta元素，可以提高鋅層和氮層之間的結(jié)合性能，進(jìn)一步提升涂層的耐腐蝕性能和耐磨性，這可能是因?yàn)椋涸诤械獙拥慕饘倩慕牒衪a金屬的鍍鋅液中時(shí)，會(huì)不可避免的攜帶上空氣中的氧氣，高溫下，ta金屬會(huì)與攜帶進(jìn)去的氧氣、氮層的活性氮原子等發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成氮鉭化物(例如ta3n5、taon)、氧化鉭(ta2o5)等產(chǎn)物，氮鉭化物可以顯著提高鋅層與氮層之間的結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)一步提高涂層的耐磨性能；氮鉭化物可以從界面處誘導(dǎo)鋅層結(jié)晶，且ta2o5則會(huì)進(jìn)一步細(xì)化鋅層中的mg2si晶粒和mg2zn11晶粒，提升鋅層的致密性，進(jìn)一步提升鋅層的耐腐蝕性能。

17、本領(lǐng)域常見的金屬基材均可用于本發(fā)明中，包括但不限于各種鋼材，其中馬氏體鋼由于具有優(yōu)異的性能，而被廣泛使用，為了進(jìn)一步提高馬氏體鋼的性能，通常還會(huì)進(jìn)行淬火、深冷、回火等熱處理工序。

18、其中，所述淬火處理的具體工藝為：對(duì)馬氏體鋼連接金具進(jìn)行淬火熱處理，將馬氏體鋼升溫到980-1050℃，保溫1-5小時(shí)，保溫結(jié)束后氣淬到室溫，將馬氏體鋼從氣淬爐中取出。

19、所述深冷處理的具體工藝為：將氣淬爐中取出的馬氏體鋼進(jìn)行深冷處理，深冷處理的溫度為-90℃～-196℃，保溫1-5小時(shí)，保溫結(jié)束后將馬氏體鋼取出，升溫到室溫(25±5℃)。

20、所述回火處理的具體工藝為：將深冷處理后的馬氏體鋼在500-650℃下進(jìn)行回火，保溫時(shí)間2-10h，回火后馬氏體鋼硬度達(dá)到300-360hbw。

21、步驟s1中，本領(lǐng)域常見的清潔方式均可用于本發(fā)明中，優(yōu)選研磨拋光的方式(在拋丸機(jī)中進(jìn)行拋丸)，去除金屬基材表面的氧化層以及毛刺等缺陷。

22、優(yōu)選地，所述滲氮處理的工藝包括如下步驟：離子氮化爐中，抽真空至20pa以下后，通入氨氣，氨氣的流量為300-600ml/min，對(duì)金屬基材進(jìn)行滲氮，當(dāng)金屬基材的溫度達(dá)到120-150℃后，降低氨氣的流量至250-500ml/min，繼續(xù)將金屬基材的溫度升高至450-580℃進(jìn)行保溫8-24h；保溫結(jié)束后，通入氬氣，氬氣的流量為200-400ml/min，繼續(xù)保溫2-4h后，關(guān)閉氨氣，保持氬氣流量為200-400ml/min，在氬氣氣氛環(huán)境中冷卻，冷卻至100℃以下后，從離子氮化爐中取出，在空氣中進(jìn)行冷卻。

23、優(yōu)選地，步驟s1中，氮層表面的殘留雜質(zhì)的去除步驟包括：堿洗—水洗—酸洗—水洗—烘干。

24、其中，1)堿洗的目的是去除氮層表面的油污、油漆等污漬；堿洗用的堿液優(yōu)選為10-20wt％的氫氧化鈉溶液；第一次水洗的目的是去除堿洗用堿液。2)酸洗的目的是進(jìn)一步去除基材拋丸未能完全去除的鐵銹、毛刺、飛濺等缺陷，酸洗采用濃度為15-30wt％的鹽酸浸泡1-10min，酸洗時(shí)，將基材緩慢放入酸洗槽中，防止鹽酸噴濺，然后在浸泡酸洗過程中，還需要不斷振動(dòng)基材，以保證酸洗均勻，酸洗后得到表面高光滑的基材；第二次水洗的目的是去除基材表面殘留的酸液。兩次水洗均需要將產(chǎn)品完全浸泡在流動(dòng)的水槽中。

25、優(yōu)選地，為了進(jìn)一步提高鍍鋅效率，步驟s2中，表面負(fù)載有氮層的金屬基材在浸入鍍鋅液中前，還經(jīng)過助鍍劑處理，具體包括如下步驟：將步驟s1得到的表面負(fù)載有氮層的金屬基材浸入到助鍍劑中，浸泡1-5min，然后再80-200℃下進(jìn)行烘干；其中，助鍍劑為含有氯化鋅和氯化銨的飽和水溶液，氯化鋅和氯化銨按照質(zhì)量比例為1：(1-2)。將浸過助鍍劑的產(chǎn)品放在烘干板上進(jìn)行烘干處理，烘干板溫度為80-200℃，至產(chǎn)品烘干為止。

26、優(yōu)選地，步驟s2中，所述冷卻為水冷，具體操作是：熱鍍鋅處理后的產(chǎn)品呈5°-20°傾斜狀態(tài)放入冷水中冷卻，以防止在緩慢冷卻時(shí)鋅層中合金的過量生長(zhǎng)導(dǎo)致灰暗鍍層，對(duì)于易變形產(chǎn)品應(yīng)加大此斜度，冷卻到有燙手感，但產(chǎn)品能以自身溫度烘干器表面水分為佳。

27、優(yōu)選地，步驟s2中，所述鈍化的具體操作是：熱鍍鋅處理后的產(chǎn)品蘸濃度為5-12wt％的氯化銨溶液，溫度為60-80℃。蘸氯化銨溶液時(shí)應(yīng)快速急蘸，抖動(dòng)產(chǎn)品防止產(chǎn)品粘連，并去除產(chǎn)品表面鋅灰、毛刺等。

28、鈍化后的工件要用流動(dòng)的清水來進(jìn)行多次漂洗，要洗清鈍化水水印。

29、需要說明的是，如鍍鋅后的產(chǎn)品產(chǎn)生的毛刺、滴瘤、多余結(jié)塊，可小心地打磨掉，不能打磨過量；熱鍍鋅產(chǎn)品上的漏鍍區(qū)應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，但對(duì)允許修補(bǔ)的漏鍍區(qū)面積大小、修補(bǔ)層厚度是有限制和要求的；若漏鍍區(qū)的面積超過規(guī)定，應(yīng)予以返鍍。

30、上述耐磨損耐腐蝕復(fù)合涂層在防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，尤其是用于馬氏體鋼材的表面防護(hù)中。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

32、本發(fā)明通過在金屬基材表面依次設(shè)置氮層和摻雜改性的鋅層，形成一種復(fù)合涂層對(duì)基材進(jìn)行保護(hù)，在鋅層中摻雜al、mg和si元素，可以顯著提高表面鋅層的耐腐蝕性能；添加ta元素，可以進(jìn)一步提高表面鋅層的耐腐蝕性能和表面光澤性能，同時(shí)還可提高鋅層和氮層之間的結(jié)合強(qiáng)度，有利于充分發(fā)揮氮層的耐磨性和鋅層的耐腐蝕性能。