CN102729553A - 一种高聚物与陶瓷复合涂层及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高聚物与陶瓷复合涂层,由内至外依次包括由高聚物制成的过渡层,由高聚物与陶瓷粉末混合粉末组成的耐磨层,以及由高聚物制成的表面层。由于添加刚性粒子增强了涂层的硬度及耐磨性,延长了涂层在磨损、腐蚀条件下的使用寿命,通过静电喷涂技术来进行聚合物与陶瓷耐磨防腐复合涂层的涂覆,与传统涂覆方法的相比,静电粉末喷涂技术具环保、成本低、工艺简单等特点。
Description
技术领域
本发明属于表面喷涂技术领域,涉及一种高聚物与陶瓷复合涂层,本发明还涉及该涂层的涂覆方法。
背景技术
目前工业上广泛采用单一的有机高分子聚合物涂层,涂层虽然具有良好的化学稳定性和防腐蚀性能,但耐磨性比较差。例如在石油管道运输中,由于刚开采的石油中存在大量的固体颗粒,固体颗粒对其石油管道存在磨损腐蚀,对于仅仅只有高聚物防腐的涂层,磨损使高聚物涂层破裂,大大降低了有机高聚物涂层的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种高聚物与陶瓷复合涂层,解决了目前单纯的高聚物涂层耐磨性能差的问题。
本发明的另一目的是提供该复合涂层的涂覆方法。
本发明的技术方案是,一种高聚物与陶瓷复合涂层,由内至外依次包括由高聚物制成的过渡层、由高聚物与陶瓷粉末混合粉末组成的耐磨层、以及由高聚物制成的表面层。
本发明的特点还在于,
其中的高聚物为环氧树脂、聚氟乙烯、聚乙烯或聚酸铵中的任意一种。
其中的陶瓷粉末为Al2O3、Wc或SiC中的任意一种。
其中陶瓷粉末的粒径为50-100μm。
其中高聚物与陶瓷混合粉末中,陶瓷粉末占混合粉末质量的20%-40%。
本发明的另一技术方案是,一种上述涂层的涂覆方法,按照以下步骤实施:
步骤1:基体表面预处理
采用喷砂的方法对工件表面进行预处理,喷砂的压强为0.5-0.7MPa,直至使工件整个面暴露出新的表面;
步骤2:喷涂过渡层
对工件表面采用静电喷涂设备喷涂高聚物过渡层,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50-60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度为0.2-0.3mm,之后将喷涂完成的工件放入固化箱中,固化至半固化状态;
步骤3:喷涂耐磨层
在有过渡层的表面喷涂聚合物与陶瓷混合粉末,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50-60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度为0.6-0.8mm,之后放入固化箱中固化至半固化状态;
步骤4:喷涂表面层
在喷涂了聚合物与陶瓷粉末涂层的表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50—60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度0.2-0.3mm,然后放入固化箱中固化,固化温度为220℃,固化时间20-30min,取出工件冷却,即成。
步骤1中喷砂的砂型为河流砂、石英砂或金刚砂中的任意一种。
其中金刚砂为14-18目的金刚砂。
本发明的有益效果为,由于添加刚性粒子增强了涂层的硬度及耐磨性,延长了涂层在磨损、腐蚀条件下的使用寿命,通过静电喷涂技术来进行高聚物与陶瓷耐磨防腐复合涂层的涂覆,与传统涂覆方法相比,静电粉末喷涂技术具有环保、成本低、工艺简单等特点。
附图说明
图1为本发明喷涂方法的工艺流程图;
图2是现有普通涂层与本发明的复合涂层的磨损量对比曲线;
图3是本发明的涂层结合面的显微照片。
具体实施方式
本发明提供一种高聚物与陶瓷复合涂层,由内至外依次包括由高聚物制成的过渡层,由高聚物与陶瓷混合粉末组成的耐磨层,以及由高聚物制成的表面层。
其中高聚物为环氧树脂,聚氟乙烯,聚乙烯或聚酸铵中的任意一种。陶瓷粉末为Al2O3、Wc或SiC中的任意一种,陶瓷粉末的粒径为50-100μm。
其中高聚物与陶瓷混合粉末中陶瓷粉末占混合粉末质量的20%-40%。
本发明还提供一种涂覆方法,如图1所示,按照以下步骤实施:
步骤1:基体表面预处理
预处理采用喷砂的方法,喷砂可根据生产实际选用喷砂的砂型,河流砂、石英砂或金刚砂,河流砂和石英砂容易破碎,污染严重,但成本低,选用金刚砂优选14-18目的金刚砂。喷砂的压强为0.5-0.7MPa,喷涂使整个面暴露出新的表面为止。喷砂的目的一方面可以除去表面的锈蚀,另一方面能够将表面制成粗糙面,增加涂层的结合强度;
步骤2:喷涂过渡层
将高聚物喷涂粉末,即环氧树脂粉末装入静电喷枪中,电压50-60KV,气体压强0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,在基体表面喷涂至厚度为0.2-0.3mm,放入固化箱中,至半固化状态即可。喷涂过渡层的目的是增加涂层的结合强度,冷喷涂高聚物/陶瓷材料的结合强度低,为此采用喷涂过渡层的方法提高结合强度。
步骤3:喷涂耐磨层
在有过渡层的表面喷涂高聚物与陶瓷混合粉末,高聚物与陶瓷混合粉末用机械方法混合均匀,其中陶瓷粉末占混合粉末质量的20%-40%,陶瓷粉末的粒径为50-100μm,喷涂电压及气体压强同步骤2,喷涂厚度为0.6-0.8mm,放入固化箱中固化,至半固化状态;
步骤4:喷涂表面层
表面层的制备在喷涂了高聚物与陶瓷粉末涂层的表面喷涂,高聚物喷涂的电压、喷涂的气压与步骤3相同。即电压50-60KV,气压0.4-0.5MPa,喷涂距离100-150mm,喷涂厚度0.2-0.3mm,接着对喷涂层放入固化箱中固化,固化温度为220℃,时间20-30min,使表面充分流平,过渡层、中间耐磨层,表面光亮层彻底固化,并为一个整体。喷涂表面层可以使涂层的表面光滑,起到流体流过防腐减阻的效果。
最后取出工件,质量检验合格即成为成品。
实施例1
首先将粒径为50μm的Al2O3粉末按质量百分比20%与环氧树脂喷涂粉末机械混合均匀,准备待用。
步骤1:对钢铁基体表面进行喷砂除锈,金刚砂的粒径在14—18目之间。喷砂的气流压强为0.6MPa,使基体表面完全暴露出新层;
步骤2:对基体表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂静电设备的电压为50KV,气流为0.4MPa,喷涂厚度为0.2mm,喷涂距离100mm,将喷涂后的工件放入140℃的固化炉中固化10min;
步骤3:取出工件,用静电喷涂设备喷涂预先混合均匀的质量的百分数为20%的Al2O3粉末和环氧树脂粉末,喷涂的静电设备电压为50KV,气流为0.4MPa,喷涂距离100mm,喷涂厚度为0.6mm,将喷涂的工件放入140℃的固化炉中固化10min。
步骤4:取出工件,对工件表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂的电压为50KV,气流为0.4MPa,喷涂距离100mm,喷涂厚度在0.2mm时,将工件放入温度为220℃的固化炉中,固化20min。取出工件,冷却至室温,即成。
实施例2
首先将粒径为50μm的Al2O3粉末按质量百分比30%与环氧树脂喷涂粉末机械混合均匀,准备待用。
步骤1:对钢铁基体表面进行喷砂除锈,金刚砂的粒径在14—18目之间。喷砂的气流压强为0.6MPa,使基体表面完全暴露出新层。
步骤2:对基体表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂静电设备的电压为50KV,气流为0.45MPa,喷涂厚度为0.25mm,喷涂距离120mm,将喷涂后的工件放入140℃的固化炉中固化10min。
步骤3:取出工件,用静电喷涂设备喷涂预先混合均匀的质量的百分数为30%的Al2O3粉末和环氧树脂粉末,喷涂的静电设备电压为55KV,气流为0.45MPa,喷涂距离120mm,喷涂厚度为0.7mm,将喷涂的工件放入140℃的固化炉中固化10min。
步骤4:取出工件,对工件表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂的电压为50KV,气流为0.45MPa,喷涂距离120mm,喷涂厚度在0.25mm时,将工件放入温度为220℃的固化炉中,固化20min。取出工件,冷却至室温,即制成环氧树脂与Al2O3耐磨防腐复合涂层。
实施例3
首先将粒径为50μm的Al2O3粉末按质量百分比40%与环氧树脂喷涂粉末机械混合均匀,准备待用。
步骤1:对钢铁基体表面进行喷砂除锈,金刚砂的粒径在14-18目之间。喷砂的气流压强为0.6MPa,使基体表面完全暴露出新层。
步骤2:对基体表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂静电设备的电压为50KV,气流为0.5MPa,喷涂厚度为0.3mm,喷涂距离150mm,将喷涂后的工件放入140℃的固化炉中固化10min。
步骤3:取出工件,用静电喷涂设备喷涂预先混合均匀的质量的百分数为40%的Al2O3粉末和环氧树脂粉末,喷涂的静电设备电压为60KV,气流为0.5MPa,喷涂距离150mm,喷涂厚度为0.8mm,将喷涂的工件放入140℃的固化炉中固化10min。
步骤4:取出工件,对工件表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂的电压为50KV,气流为0.5MPa,喷涂距离150mm,喷涂厚度在0.3mm时,将工件放入温度为220℃的固化炉中,固化20min。取出工件,冷却至室温,即为制备的环氧树脂与Al2O3耐磨防腐复合涂层。
本发明的涂层具有以下优点:
1)与传统的静电喷涂聚合物相比,在传统的静电喷涂聚合物涂层中夹了一层聚合物/陶瓷涂层,本涂层除有传统的静电喷涂聚合物耐蚀性以外,涂层硬度高,而且陶瓷颗粒夹在聚合物中间,不容易脱落,陶瓷颗粒起到了较强的耐磨性,耐磨性是普通涂层的3倍。普通涂层与复合涂层耐磨关系如图2所示。
2)本方法制备的涂层粘结强度不会由于陶瓷颗粒的加入而降低,表面不会由于陶瓷颗粒的加入而粗糙。
3)本方法制备的厚度大,陶瓷颗粒具有明显的增厚作用,因此涂层的使用寿命长。
4)本发明方法得到的涂层结合面的结构见图3,可见制备的涂层为梯度多层,最后一次固化温度高,使过渡层、耐磨层和表面层固化成为一体,层与层之间无间隙,不会产生层与层之间的脱落现象。
Claims (8)
1.一种高聚物与陶瓷复合涂层,其特征在于,由内至外依次包括由高聚物制成的过渡层、由高聚物与陶瓷粉末混合粉末组成的耐磨层、以及由高聚物制成的表面层。
2.根据权利要求1所述的高聚物与陶瓷复合涂层,其特征在于,所述的高聚物为环氧树脂、聚氟乙烯、聚乙烯或聚酸铵中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的高聚物与陶瓷复合涂层,其特征在于,所述的陶瓷粉末为Al2O3、Wc或SiC中的任意一种。
4.根据权利要求1或3所述的高聚物与陶瓷复合涂层,其特征在于,所述陶瓷粉末的粒径为50-100μm。
5.根据权利要求1所述的高聚物与陶瓷复合涂层,其特征在于,所述高聚物与陶瓷混合粉末中,陶瓷粉末占混合粉末质量的20%-40%。
6.一种权利要求1所述涂层的涂覆方法,其特征在于,按照以下步骤实施:
步骤1:基体表面预处理
采用喷砂的方法对工件表面进行预处理,喷砂的压强为0.5-0.7MPa,直至使工件整个面暴露出新的表面;
步骤2:喷涂过渡层
对工件表面采用静电喷涂设备喷涂高聚物过渡层,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50-60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度为0.2-0.3mm,之后将喷涂完成的工件放入固化箱中,固化至半固化状态;
步骤3:喷涂耐磨层
在有过渡层的表面喷涂聚合物与陶瓷混合粉末,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50-60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度为0.6-0.8mm,之后放入固化箱中固化至半固化状态;
步骤4:喷涂表面层
在喷涂了聚合物与陶瓷粉末涂层的表面喷涂环氧树脂粉末,喷涂时调整静电喷涂设备的电压为50-60KV,喷涂气体压强为0.4-0.5MPa,喷枪距离100-150mm,喷涂厚度0.2-0.3mm,然后放入固化箱中固化,固化温度为220℃,固化时间20-30min,取出工件冷却,即成。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤1中喷砂的砂型为河流砂、石英砂或金刚砂中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述金刚砂为14-18目的金刚砂。
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