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汉高ECC电陶瓷纳米涂料

2019-4-15 22:16:53发布9次查看ip:发布人:
汉高ecc:一种基于二氧化钛涂层在铝及合金上应用
    汉高ecc技术一种应用在铝及各种铝合金表面的基于二氧化钛的涂层。由于二氧化钛自身的化学特性,这种涂层的耐腐蚀能力强,在腐蚀性环境下可以为基材提供良好的保护。测试表明,该涂层还具有优异的耐温性、耐磨性和极低的摩擦系数的特性,是一种高性能、环保的表面处理技术,在工业上具有广阔的应用前景。 
    1.前言
    铝及其合金材料具有重量轻、强度大、加工方便的特性,在当今工业领域具有广泛的应用。但是由于铝本身比较活泼的化学特性,其在应用中常常面临受环境影响快速腐蚀进而失效的问题。因此,对铝及其合金进行表面处理,从而隔绝基材与环境,对于提高其耐腐蚀能力非常重要。铝及其合金在各领域应用的深入,对于耐腐蚀性涂层本身也提出了各种更高的要求,例如更强的耐腐蚀能力、耐磨性、表观的均匀性及耐温性等等。
    铝氧化技术(阳极氧化、硬质阳极氧化、微弧氧化等)为铝及其合金的耐腐蚀保护提供了一种选择,但是铝氧化技术在一些特定应用方面的特性依然不能令人满意。与此同时,传统技术的处理时间较长,成为影响产率的较大瓶颈,例如硬质阳极氧化,30微米厚度的氧化膜大约需要40~60分钟的处理时间。为了适应业界更高性能和更快处理速度的需求,寻找一种能够替代传统铝氧化的新技术具有积极深远的意义。
    2.技术原理
    二氧化钛具有稳定的化学特性,不易与酸碱发生反应,因此它有希望作为涂层材料,达到隔绝铝基材与腐蚀性环境的效果。
    汉高的ecc技术使用含钛的处理液,待涂覆工件作为阳极,不参与反应的惰性金属板作为阴极,在通电的条件下完成对铝及各种铝合金基材的涂覆。在ecc的处理过程中,通电后溶液中的氧被高压等离子化,产生的等离子体与溶液中的钛结合,形成二氧化钛沉积在工件表面。等离子体的微观温度高达上万度,在钛与铝之间能形成ti-o-al的赋予了二氧化钛极好的基材结合力。
o*+[ti]→tio2
图1. ecc处理过程原理
    ecc的处理流程简单,一般不需要酸洗/表调流程。全流程处理时间约15分钟,其中ecc的时间约3~5分钟。相比传统的铝氧化技术,ecc大大降低了工艺流程和处理时间,提高了生产效率。
图2.ecc处理流程
    3.ecc涂层的性能和应用
    3.1基本特性
    通过扫描电子显微镜可以清楚的看到,ecc涂层的表面为多孔结构结构。利用三维激光扫描显微镜对表面形貌进行成像,可以得到表面粗糙度,经软件分析ecc的平均粗糙度约为0.8μm。通过微观硬度仪测试,ecc涂层的微观硬度为600~1200hv。
图3.ecc表面形态
    3.2性能测试
    针对特定应用环境,ecc涂层进行了不同性能测试。
    (1)涂层附着力及耐冷热冲击能力
    ecc涂覆的样板在600°c加温84小时,随后立即放入5°c的水中迅速冷却,再按照gb/t9286的规定划格,划格间距为1mm。划格后按大于gb/t1732中规定的10n冲击标准进行实验。在基板冲击破裂的情况下,ecc涂层无开裂或脱落;将粘着力大于10n/25mm的3m胶带覆盖在划格冲击后的图层上,按压以排除空气,再垂直于涂层表面快速拉起胶带,ecc涂层无开裂或脱落。
图4.耐冷热冲击及涂层附着力实验结果
    (2)t弯试验
    使用t型弯曲仪来测试涂层的t型弯曲性能,检查涂层有无开裂或脱落。经测试,ecc涂层在不同基材上可达到1~2t。
    (3)耐磨性测试
    使用a2024和a6061基材,按照泰氏挺度测试标准,常见的涂层进行耐磨性试验,测试使用cs-10轮。经过测试,ecc涂层的耐磨性能优于硬质阳极氧化。
图5.泰氏挺度测试结果
    (4)中性盐雾试验
    参照gb/t10125-1997的规定进行试验,试验使用不同基材并进行ecc涂覆。试验前,测试板均划线穿透ecc膜层,试验后检测基板整体及划线处的扩蚀情况。
表1. ecc在不同基材上中性盐雾(nsst)测试结果
    (5)海水腐蚀测试
    铝工件在ecc处理后,喷涂面漆并做划痕处理;测试使用传统的六价铬钝化工艺作为对比,在钝化后喷涂底漆和面漆也做划痕处理。两个工件在涂覆完毕后,浸没在海水中六个月时间,然后取出评价腐蚀情况。ecc处理的工件未出现腐蚀,而铬钝化的工件起泡严重,扩蚀明显。
(6)极端腐蚀环境测试
    针对某些特定的极端腐蚀环境,ecc可以通过封孔的方法提高其耐腐蚀能力。汉高研发了一系列封孔剂,适应不同的环境要求。以下为一系列标准或非标耐蚀性测试方法及结果。
(7)摩擦学特性测试
    使用pin-on-disk方法对ecc在无润滑剂情况下的摩擦学特性进行了研究,类金刚石石墨(dlc)涂层也进行了对比测试,dlc涂层具有耐磨以及低摩擦系数的特性,广泛应用在高端发动机中。由于常见的dlc涂层经过了抛光处理,因此ecc分为抛光和未抛光两组。
测试结果表明,在粗糙度接近的情况下,ecc涂层在干摩擦状态下的摩擦系数略低于dlc涂层。
    使用cameron-plint方法对ecc在加温有润滑剂条件下的摩擦学特性进行了研究,与前面的测试一样,dlc涂层依然作为参照。测试结果表明,ecc涂层在湿摩擦的状态下远低于dlc涂层,而且在不同压力负载情况下,ecc涂层摩擦系数的变化也更小。
图7. ecc与dlc涂层在有润滑剂加温条件下摩擦系数比较
    4.结论
    ecc技术的核心是通过特定电流波形将溶液中的氧等离子化,生成的氧等离子体与溶液中的钛离子结合生成二氧化钛,并由化学键与铝基材结合。由于二氧化钛自身的化学稳定性,ecc涂层可以为铝及其合金提供极好的耐腐蚀保护。在中性腐蚀条件下(nsst),ecc的耐腐蚀能力约为现有铝氧化技术(阳极氧化、硬质阳极氧化、微弧氧化等)的200~500%。在极端环境下,通过封孔的方式可以提高ecc的耐腐蚀能力。针对不同环境,我们研发了一系列封孔剂,可以满足使用需求。
    ecc涂层与基材之间通过化学键连接,因此其具有非常优异的结合力和抗温度冲击能力,在剧烈温度变化和力学冲击的情况下,膜层不会剥落。在形貌复杂或者尖锐的工件表面通过ecc技术可以均匀成膜。
    由于ecc涂层在高硬度的同时也具备极好的柔韧性,其自身耐磨性强,这已在泰氏挺度试验中得到了验证。与此同时,在不同条件下的摩擦学还测试表明,ecc涂层的摩擦系数很低,甚至优于目前使用在高端发动机上的涂层材料。因此ecc在有摩擦表面的工件上具备广泛的应用前景。
汉高ecc电陶瓷涂料优点:
1.       特别适合发动机应用及耐腐蚀环境。从汽车引擎的使用极限条件、如温度、摩擦和压力到高档船舶及对海水的极限腐蚀要求都可轻松应对。
2.       提高涂层工序效率。减少涂装环节,节省大量时间。
3.       降低加工成本。处理步骤减少,控制更加容易,减少加工成本,改善产品质量。
4.       延长涂层组件寿命。可长期防腐,具备极佳的耐热性和耐蚀性。
5.       改善第二道涂层和胶黏剂的性能。
6.       安全环保。符合rosh和elv认证,不含铬与传统涂料相比更安全环保。

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