【技术实现步骤摘要】 避免钛合金与异种金属电偶腐蚀的防护方法及防护涂层

[0001]本专利技术涉及钛合金与异种金属的电偶腐蚀防护，尤其涉及一种避免钛合金与异种金属电偶腐蚀的防护方法及防护涂层。

技术介绍

[0002]钛合金具有质量相对较轻和强度较高以及耐腐蚀性能较好等优点，常应用于航海和航空领域，近年在航海领域中的海洋工程装备上得到了广泛的应用。例如我国的“蛟龙号”和“深海勇士号”载人潜水器，以及日本研发的“深海6500”号深潜器以及法国研发的“SM97”号大型潜水调查船，它们的耐压壳体都是利用钛合金制成。钛合金是目前已知的抗常温海洋环境腐蚀最有效的材料，而作为航海材料，常用于海水淡化系统、热交换器、壳体以及冷凝器中等。[0003]近年来，随我国材料的不断不发展，船舶材料趋于多样化，虽然引入的新型材料性能好，但存在的问题是异种金属与钛合金连接时，尽管钛合金的标准电极电位较负，但是，其在大气环境中极易发生氧化，表面生成钝化膜，导致其电极电位升高。因此，与异种金属连接时，导致容易发生电偶腐蚀，导致对偶金属发生腐蚀。电偶腐蚀可加速阳极材料的腐蚀速率，还可诱发应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等工程中破坏性极强腐蚀，腐蚀会导致金属受损，性能严重下降，甚至直接失效，形成重大灾难。[0004]因此，为了进一步拓展其应用范围，增强钛合金表面性能，对其进行表面处理显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种避免钛合金与异种金属电偶腐蚀的防护方法及防护涂层。[0006]本专利技术的一种避免钛合金与异种金属电偶腐蚀的防护方法及防护涂层是通过以下技术方案实现的：[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种避免钛合金与异种金属电偶腐蚀的防护方法，包括以下步骤：[0008]在作为钛合金与异种金属连接的电偶对中阴极材料的钛合金表面进行微弧氧化处理，以在钛合金表面形成微弧氧化膜层；[0009]随后，采用多弧离子镀法在所述微弧氧化膜层表面沉积TiN工作层，即在所述钛合金表面形成复合的防护涂层，以阻断阴、阳极之间的电子传输路径，实现电偶腐蚀防护。[0010]进一步地，所述微弧氧化处理的工艺为：[0011]将钛合金置于电解质溶液中，于＜50℃的温度下，以390～480V的工作电压进行处理，以在钛合金表面形成微弧氧化膜层。[0012]进一步地，所述处理时间为10～20min。[0013]进一步地，所述电解质溶液由Na2SiO3溶液、Na6P6O18溶液、金属氢氧化物溶液和Na2WO4.2H2O溶液组成。[0014]进一步地，所述金属氢氧化物为NaOH或KOH。[0015]进一步地，所述Na2SiO3溶液的浓度为15～25g/L；[0016]所述Na6P6O18溶液的浓度为5～15g/L；[0017]所述金属氢氧化物溶液的浓度为3～5g/L；[0018]所述Na2WO4.2H2O溶液的浓度为3～5g/L。[0019]进一步地，所述多弧离子镀包括以下步骤：[0020]于氩气氛围下，将表面具有所述微弧氧化膜层的钛合金进行辉光处理，以除去微弧氧化膜层表面氧化物和污染物；随后，于氮气/氩气混合气氛下，采用Ti靶在所述微弧氧化膜层表面镀膜30～90min，以在所述微弧氧化膜层表面形成工作层。[0021]进一步地，所述Ti靶电流为65～80A，N2流量80～120sccm，Ar流量5～15sccm，所述基材温度为180～300℃、基体偏压为‑350～‑250V。[0022]进一步地，所述辉光处理的真空度为1×10‑3～1×10‑2Pa，基体偏压为‑900～‑700V，Ar流量为150～200sccm，处理时间为10～30min。[0023]本专利技术的第二个目的是提供一种上述防护方法获得的防护涂层。[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：[0025]本专利技术针对钛合金与异种金属连接后形成的电偶对中的阴极材料钛合金进行防护，通过在钛合金表面形成防护涂层，从而避免了钛合金与异种金属之间的电偶腐蚀，防护工艺简单，且大大降低防护的难度和成本。[0026]本专利技术首先在钛合金基体表面通过微弧氧化处理后，在钛合金表面形成孔隙率为4.5％，以锐钛矿TiO2(101)和金红石TiO2(110)两种陶瓷相为主要组成相的微弧氧化膜层。因为是陶瓷相，因此能起到良好的隔绝作用，能够阻挡电偶腐蚀过程中的电子传输。微弧氧化膜层与基体之间属于冶金结合，高低起伏的结合界面进一步强化膜层与基体之间的结合强度，这使足够的防护时长得到充分保证。[0027]本专利技术采用电弧离子镀技术在微弧氧化膜层表面继续制备TiN涂层以形成更加致密且耐腐蚀性能更好的微弧氧化膜层/TiN复合膜层。由于微弧氧化膜层表面遗留有一定量的孔隙，这些孔隙会储存较多的腐蚀介质，在长期的服役过程中，腐蚀介质会渗透到达基体，而引发局部的电偶腐蚀，此外在长期腐蚀过程中，接触材料腐蚀产生的金属阳离子会孔隙处聚集而造成局部的酸化而加速腐蚀，而通过继续沉积陶瓷层TiN，使得孔隙率显著降低，膜层致密度得到有效改善，形成的复合陶瓷层能够很好的阻断阴、阳极之间的电子传输路径，起到更好的电偶腐蚀防护效果。附图说明[0028]图1为实施例1提供的钛合金表面复合防护涂层扫描电镜图；[0029]图2为实施例1中制备的防护涂层截面示意图；[0030]图3为实施例1提供的钛合金表面复合防护涂层与AH36和7075螺栓连接并经15天浸泡后接触面腐蚀形貌扫描电镜图。((a)与TC4连接的AH36；(b)与TC4连接的7075；(c)与TC4(MAO)/CrN连接的AH36；(d)与TC4(MAO)/CrN连接的7075)；[0031]图4为实施例1提供的钛合金表面复合防护涂层与AH36和7075连接15天内的电偶电流变化曲线图；[0032]图5为实施例1提供的钛合金表面复合防护涂层与AH36和7075连接15天内的平均电偶电流对应的电偶电流腐蚀等级柱状图。具体实施方式[0033]正如技术介绍中所述，当钛合金材料与异种金属连接时，导致容易发生电偶腐蚀，导致对偶金属发生腐蚀。专利技术人发现，现有技术避免钛合金材料与异种金属之间发生电偶腐蚀的措施主要是对电偶对中的阳极材料进行防护。而本专利技术主要针对电偶对中的阴极材料钛合金进行防护，通过在钛合金表面制备防护涂层，以阻断阴、阳极之间的电子传输路径，实现电偶腐蚀防护，从而使防护的工艺简单化，大大降低防护的难度和成本。[0034]需要说明的是，本专利技术不限制在钛合金表面制备防护涂层的具体操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】 1.一种避免钛合金与异种金属发生电偶腐蚀的防护方法，其特征在于，包括以下步骤：在作为钛合金与异种金属连接的电偶对中阴极材料的钛合金表面进行微弧氧化处理，以在钛合金表面形成微弧氧化膜层；随后，采用多弧离子镀法在所述微弧氧化膜层表面沉积TiN工作层，即在所述钛合金表面形成复合的防护涂层，以阻断阴、阳极之间的电子传输路径，实现电偶腐蚀防护。2.如权利要求1所述的防护方法，其特征在于，所述微弧氧化处理的工艺为：将钛合金置于电解质溶液中，于＜50℃的温度下，以390～480V的工作电压进行处理，以在钛合金表面形成微弧氧化膜层。3.如权利要求2所述的防护方法，其特征在于，所述处理时间为10～20min。4.如权利要求2所述的防护方法，其特征在于，所述电解质溶液由Na2SiO3溶液、Na6P6O 18 溶液、金属氢氧化物溶液和Na2WO 4.2 H2O溶液组成；所述金属氢氧化物为NaOH或KOH。5.如权利要求4所述的防护方法，其特征在于，所述Na2SiO3溶液的浓度为15～25g/L；所述Na6P6O 18 溶液的浓度为5～15g/L；所述金属氢氧化物溶液的浓度为3～5g/L；所...

【专利技术属性】 技术研发人员：郭巧琴，杨忠，郭永春，李建平，陈吉会，高培虎，杨喜岗，杨伟，段洪波，刘磊， 申请(专利权)人：西安工业大学， 类型：发明 国别省市：