提高自拍杆耐蚀耐磨性的研究

王信凝

摘 要：近年来，自拍杆已成为一款大受欢迎的拍照神器。主要用于居家或出行，但频繁使用自拍杆极易被腐蚀或磨损，在其重要且受力部位--自拍杆的上端铝合金堵头、铝合金可伸缩金属杆和手柄的表层，用火焰喷涂法，在铝合金基体上喷涂一层特制的Fe78Si9B13非晶涂层，利用非晶合金没有晶界，其会引起的晶间腐蚀；也利用非晶合金的高硬度和高弹性模量，从而具有耐腐蚀和抗磨损功能。这种自拍杆耐蚀耐磨，舒适耐用，使用寿命长久。

关键词：铝合金；火焰喷涂；非晶涂层；耐蚀耐磨

中国分类号：TG17 文献标识码：A

0 前言

现今，手机照相越来越普及，自拍杆渐渐成为风靡世界的拍照神器。自拍杆能够在20cm～120cm任意伸缩，我们只需将手机或者小型的相机固定在伸缩杆前端的固定夹上，通过按压开关即可进行多角度自拍。在旅游旺季，各大旅游景点、特色景区内往往是人满为患。做为一名背包客，总是希望旅游用品耐磨耐蚀耐用，使用时间长。外表美观、部件耐用是旅游用品所必需的品质。

随着科学技术的发展，自拍杆的造型越来越美观，所用材料的质量越来越好。自拍杆通常由相机夹或手机夹、伸缩杆、手柄及导线等组成。所选材料通常有塑料或金属材料。塑料的优点是握感舒适，有较好的摩擦力；缺点是易老化，不耐磨。在寒冷天气下易硬化碎裂。重要部件通常用金属材料如不锈钢或铝合金材料。自拍杆中重要部件如伸缩杆和手机夹，它们要经受较复杂的作用力。如伸缩杆在伸缩过程中，承受较大的摩擦力与拉应力。当伸缩杆拉到最大长度时，在连接处要承受很大的剪应力，使得伸缩杆易扭曲变形，而使部件失效。同时，手机夹与自拍杆的连接部位也是存在类似的问题。故自拍杆重要部件需要用强度较高的金属材料制成，如高强钢、高强铝合金材料。

对于自拍杆，提高美观程度，铝合金是种常用且较好的候选材料，因其比强度高、着色鲜艳而广为采用，适用于自拍杆的骨架。但是，铝合金因硬度较低，其耐磨性较差是一个缺陷。且自拍杆作为一个容易磨损的物品，人们手握自拍杆时人体汗液在握力作用下对用品的浸渍或雨天潮湿的空气也会腐蚀自拍杆。其受力部件在酸碱条件下容易腐蚀，也不耐磨。综上所述，现有技术中对于自拍杆不耐磨易腐蚀同时功能少的问题，尚缺乏有效的解决方案。

那么在其表面涂敷一层耐磨耐蚀涂层是一个很好的选择，从而可以消除上述各种不足。非晶合金，也叫金属玻璃，是材料界的一个新热点。因为它具能特殊的结构，从而有特殊的性能——高硬度，高弹性模量、高耐腐蚀性、高耐磨性、低密度等。采用非晶涂层是一条较好的提高拍杆耐用性的途径。

1 自拍杆重要部件耐蚀性提高的研究

1.1 Fe78Si9B13非晶涂层粉末

制作为延长自拍杆使用寿命，提高其耐蚀性能，将重要且受力的部件，用火焰喷涂法，在铝合金基体涂上一层Fe78Si9B13非晶涂层，利用非晶合金没有晶界，可以杜绝因晶界引起的晶间腐蚀和生锈现象。所喷涂的非晶粉末用1K101非晶条带磨制的粉末，如图1（a）所示。原材料为带材，尺寸200mm×0.025mm×1000mm。

喷涂用非晶粉末制备须经历两个步骤——非晶合金磨制前处理与球磨机球磨。 非晶粉末磨制前处理条件：300 ℃条件下在氮气氛中保温10min，温度误差不超过2℃；因为温度太高，非晶则会晶化，耐蚀耐磨性能降低，温度太低，则带材无法粉碎团球化，达不到粉末所要求的尺寸10μm以下。保温到10min后在空冷条件下冷却到室温。非晶粉末磨制条件：在行星式球磨机中，用不锈钢球为磨料，磨球磨料比不低于1∶2。球磨罐的气氛为氮气。对经过前处理后的带材进行30min球磨，所磨制的粉末形状为近圆片状，棱角比较圆润，从而可获得舒适的触感。

1.2 Fe78Si9B13非晶涂层的涂覆

对自拍杆重要部件进行火焰喷涂，敷设30μm厚度左右的非晶粉末涂层，涂层厚度误差应控制在5μm之内。送粉气体选用氮气，送粉量10mg/min，气体流量为1mL/s。燃气为乙炔气体，气体流量亦为1mL/s。 喷头与部件距离3mm。部件在工作台上匀速转动，转速为20r/min。非晶金属粉末经过喷嘴中心，遇到由燃气通过围绕喷嘴和气罩形成的环形火焰，非晶金属粉末表面将被加热到熔点1500 ℃以上。然后，通过压缩空气将它们分散成喷射粒子，并依靠压缩空气流喷射到自拍杆部件的铝合金基体上，从而表面熔融的粒子冷却到基体塑性变形区。粒子与基体撞击时变平并粘接到基体上，一层又一层，从而堆积到所需要的厚度。喷涂时基体温度控制在600 ℃。如果喷涂温度太高则基体熔化变形，温度太低则结合不牢固，影响表面质量与美观程度。

1.3 Fe78Si9B13非晶涂层的电化学测试

如图1（b）所示， 根据本文常遇到的使用条件——体带酸性的汗液或含酸的雨水，进行了相关实验——电化学实验。将非晶涂层与铝合金基体两种样品在人工汗液溶液（其配方为98%的水，其密度为1.003 kg/L，pH值约为5，食盐NaCl的浓度为约30 mg/L，伴有约2%的尿素、乳酸和脂肪酸等）中，进行静电位Tafel曲线扫描。测量腐蚀电流密度、腐蚀电位与点蚀电位：基体的腐蚀电位为-1.15 Vvs.SCE， 涂层的腐蚀电位-0.95Vvs. SCE，比前者高出30 %。另外，涂层的点蚀电位比基体的点蚀电位高出15%，而涂层的腐蚀电流密度比基体的腐蚀电流密度要低80%，如表1所示，表明Fe78Si9B13非晶涂层的点蚀电位与腐蚀电位均明显高于基体，其耐腐蚀性能提高。

如图1（c），图1（d）所示，从腐蚀形貌分析，在基体表面有很多腐蚀产物，还有裂纹。这表明基体表面的质量下降，而在涂层表面，这种腐蚀产物与裂纹很少， 在观察视场内很清洁，宏观形貌也很光洁。 这些实验所得的基体与涂层的腐蚀电位与点蚀电位，表明涂层有优良的耐蚀性能。

2 自拍杆重要部件耐磨性提高的研究

本文也利用非晶合金高硬度和高弹性模量而具有的抗磨损功能，延长其使用寿命。如图2所示，摩擦磨损实验用M-2000型摩擦磨损试验机，采用滚动摩擦方式，测量非晶涂层的耐磨性。摩擦为200r/min，压力为120N；通过摩擦磨损实验，表明涂层的磨损量比基体减少了1/3。磨损时间越长，则涂层的相对磨损量越少，具体数值见表2。Fe78Si9B13非晶涂层的磨损量明显低于基體，表明耐磨性能提高。这些腐蚀与摩擦磨损实验验证了涂层适合本文使用。

结语

非晶合金没有晶界，晶界会引起的晶间腐蚀；非晶合金具有的高硬度和高弹性模量，从而具有良好的耐腐蚀和抗磨损功能。因而本文采用Fe78Si9B13非晶涂层涂覆在自拍杆的重要部位，如自拍杆的上端铝合金堵头、铝合金可伸缩金属杆和手柄的表层。实验中，用人工汗液作为电解液，对非晶涂层及基体进行了电化学测试，发现非晶涂层的耐腐蚀性明显好于基体；摩擦磨损试验机实验显示，相对于基体，非晶涂层的磨损量随着时间的延长而持续降低，表明非晶涂层的耐磨性明显增强。涂覆这种涂层的自拍杆耐蚀耐磨，舒适耐用，使用寿命长久。

参考文献

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