CN103103470B - 一种防粘涂层 - Google Patents
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Abstract
一种防粘涂层，包括底层和面层，其中所述底层用于粘结胚件和面层，其位于胚件表面和面层之间，面层位于底层上，其所述面层包括粉末基体和混合与该粉末基体中的硬质相，粉末基体主要包括有铁，镍，铬；硬质相为碳化钨、碳化铬等。本发明由于采用以铁、镍、铬为主要物质，以锰、钼、硼、硅、钴为次要物质组成的粉末基体，与碳化钨、碳化铬等尺寸大于5μm大颗粒陶瓷或金属陶瓷作为硬质相相结合组成涂层的结构，可以显著降低涂层表面自由能、降低表面张力，降低塑料或其他高分子材料胚件与涂层的亲和性，大大降低两者之间发生粘连的可能性，同时，涂层能够在高温下能保持较高的硬度，克服了特富龙等涂料在高温下不耐磨、易变形的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种防粘涂层，特别是涉及一种由塑料或高分子聚合物组成的胚件上制备的防粘涂层。
背景技术
由塑料或高分子聚合物组成的胚件在加工形成辊体等最终物体的过程中,由于一般聚合物具有较强的吸附性以及带有活泼的反应基团,特别是聚氨酷,环氧树脂等材料,容易与金属表面发生物理化学反应,不仅影响了制品的表观质量,增加了加工的复杂性,而且对制品的内部质量具有相当的影响。在科研生产中分别采用了RTV硅橡胶、聚乙烯、表面活性剂、硅油、脂肪族油脂等,以上材料虽然可以解决部分问题,但存在的问题是功能单一,无法满足多种高分子聚合物以及多种温度下的加工,效率低,使用一次后涂层必须施工一次,无法多次和长期使用。采用特富龙等涂层，由于温度限制，在高温下特富龙本身易变形不耐磨，也限制了它的适用范围。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题的存在，提供一种防粘涂层，该种防粘涂层具有不与塑料或高分子化合物发生反应，湿润角大，高温硬度较高，涂层致密均匀，气孔率低，结合力较高的特点。能够承受长时间使用而不失效，比现有RTV硅橡胶、聚乙烯、表面活性剂、硅油、脂肪族油脂等材料的使用寿命提高5-10倍，大大节约生产成本，提高生产效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的防粘涂层，其特点是包括底层和面层，其中所述底层用于粘结胚件和面层，其位于胚件表面和面层之间，底层起到过渡和粘结胚件与面层的作用，具有一定的耐腐蚀能力，但硬度较面层低，其性能介于基体和面层之间。可以使用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂或超音速火焰喷涂等方法制备。粘结底层成分是镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇（镍重量50%以上）中的一种，涂层厚度0.01-0.2mm；主要作用是防止增塑剂或有机物中其他腐蚀成分对基体的腐蚀，并且增加第二层防粘涂层的结合力；面层位于底层上，面层是功能层，发挥耐磨、防粘结的作用，采用火焰喷涂、等离子喷涂或电弧喷涂或其他方法制备，涂层厚度根据需要从0.02-3.0mm不等，喷涂在平板或圆辊等工件上，减少与塑料、高分子聚合物类的粘连。其所述面层包括粉末基体和混合于该粉末基体中的硬质相，粉末基体主要包括有按占面层重量百分比组成的如下物质：铁1～15％，镍30～70％，铬5～20％；硬质相为碳化钨、碳化铬、氧化铝、氧化铬中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，硬质相占面层总重量的百分比为5～30％。喷涂的这种复合防粘面层，通过均布在表面能较低涂层中的陶瓷或金属陶瓷颗粒，一方面涂层在高温下能保持较高的硬度，克服了特富龙等涂料在高温下不耐磨、易变形的缺点。另一方面可以加显著降低涂层表面自由能、表面张力。表面张力的降低，将使塑料或其他高分子材料与涂层的粘结趋势降到最低，从而增加塑料或高分子材料的通过性，增加了工件的使用寿命，大大降低了工件的维护成本，增加了产能。
其中，上述粉末基体中还包括有锰、钼、硼、硅、钴中的任意一种或任意两种及两种以上的组合。
上述粉末基体中的锰、钼、硼、硅、钴成分占粉末基体的重量百分比为：锰≤2％、钼≤15％、硼≤8％、硅≤5％、钴≤2％。
上述底层为镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，且所述底层的各组分中镍占底层总重量的50％以上。
上述底层和面层采用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂的方法喷涂形成在胚件上。其具体方法包括以下步骤：
1、对非喷涂面进行保护，对待喷涂面进行检验，并用丙酮清洗喷涂面。确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时候影响涂层结合力。
2、进行喷砂处理，喷砂选用46#锆刚玉，喷砂压力0.2-0.4MPa。喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光。
3、在其表面喷涂（包括且不限于火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂）一种粘结过渡底层。底层起到过渡和粘结基体与面层的作用，具有一定的耐腐蚀能力，但硬度较面层低，其性能介于基体和面层之间。粘结底层成分是镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇（镍重量50%以上）中的一种，涂层厚度0.01-0.1mm。
4、在底层喷涂完成后，喷涂面层（包括且不限于火焰、等离子、电弧）。喷涂防粘面层的主要成分为铁（1-15%）、镍（30-70%）、铬（5-20%）、硼（≦8%）、硅（≦5%），锰（≦2%）、Mo（≦15%）再加上5-30%碳化钨、碳化铬、氧化铝或者氧化铬，涂层厚度0.05-1mm。
5、检测涂层质量，孔隙率不高于5%，硬度高于HV0.31100，涂层拉伸性能高于30MPa。涂层厚度为0.02-3.0mm。涂层喷涂后根据使用条件的不同，加工表面粗糙度从Ra0.01-Ra20um。
本发明由于采用以铁、镍、铬为主要物质，以锰、钼、硼、硅、钴为次要物质组成的粉末基体，与碳化钨、碳化铬、氧化铝、氧化铬等尺寸大于5 μm大颗粒陶瓷或金属陶瓷的一种或几种作为硬质相相结合组成涂层的结构，可以显著降低涂层表面自由能、降低表面张力，降低塑料或其他高分子材料胚件与涂层的亲和性，大大降低两者之间发生粘连的可能性，同时，涂层能够在高温下能保持较高的硬度，克服了特富龙等涂料在高温下不耐磨、易变形的缺点。且该种防粘涂层具有不与塑料或高分子化合物发生反应，湿润角大，高温硬度较高，涂层致密均匀，气孔率低，结合力较高的特点。能够承受长时间使用而不失效，比现有RTV硅橡胶、聚乙烯、表面活性剂、硅油、脂肪族油脂等材料的使用寿命提高5-10倍，大大节约生产成本，提高生产效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。附图说明
图1是本发明的结构组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的防粘涂层，包括底层1和面层2，其中所述底层1用于粘结胚件3和面层2，其位于胚件3表面和面层2之间，面层2位于底层1上，其所述面层2包括粉末基体和混合于该粉末基体中的硬质相，粉末基体主要包括有按占面层2重量百分比组成的如下物质：铁1～15％，镍30～70％，铬5～20％；硬质相为碳化钨、碳化铬、氧化铝、氧化铬中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，硬质相占面层2总重量的百分比为5～30％。其中，上述粉末基体中还包括有锰、钼、硼、硅、钴中的任意一种或任意两种及两种以上的组合。上述粉末基体中的锰、钼、硼、硅、钴成分占粉末基体的重量百分比为：锰≤2％、钼≤15％、硼≤8％、硅≤5％、钴≤2％。上述底层1为镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，且所述底层1的各组分中镍占底层1总重量的50％以上。上述底层1和面层2采用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂的方法喷涂形成在胚件上。
该种防粘涂层为复合涂层，分底层和面层两部分。底层是镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇（镍重量50%以上）中的一种，主要作用是粘结基体和面层，起到过渡作用。面侧更是功能层，发挥耐磨、放粘结的作用。其面层包括如下成分为含铁、镍、铬、硼、硅、钼、钴、锰元素的并掺有碳化钨、碳化铬、氧化铝、氧化铬等硬质相的复合粉末，采用火焰喷涂、等离子喷涂或电弧喷涂或其他方法制备，涂层厚度根据需要从0.02-3.0mm不等，喷涂在平板或圆辊等工件上，减少与塑料、高分子聚合物类的粘连。
一、方法步骤：
1、对非喷涂面进行保护，对待喷涂面进行检验，并用丙酮清洗喷涂面。确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时候影响涂层结合力。
2、进行喷砂处理，喷砂选用46#锆刚玉，喷砂压力0.2-0.4MPa。喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光。
3、在其表面喷涂（包括且不限于火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂）一种粘结过渡底层。底层起到过渡和粘结基体与面层的作用，具有一定的耐腐蚀能力，但硬度较面层低，其性能介于基体和面层之间。粘结底层成分是镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇（镍重量50%以上）中的一种，涂层厚度0.01-0.1mm。
4、在底层喷涂完成后，喷涂面层（包括且不限于火焰、等离子、电弧）。喷涂防粘面层的主要成分为铁（1-15%）、镍（30-70%）、铬（5-20%）、硼（≦8%）、硅（≦5%），锰（≦2%）、Mo（≦15%）再加上5-30%碳化钨、碳化铬、氧化铝或者氧化铬，涂层厚度0.05-1mm。
5、检测涂层质量，孔隙率不高于5%，硬度高于HV0.31100，涂层拉伸性能高于30MPa。涂层厚度为0.02-3.0mm。涂层喷涂后根据使用条件的不同，加工表面粗糙度从Ra0.01-Ra20um。
二、原理
塑料或高分子聚合物加工过程中,由于一般聚合物具有较强的吸附性以及带有活泼的反应基团,特别是聚氨酷,环氧树脂等材料,容易与金属表面发生物理化学反应,不仅影响了制品的表观质量,增加了加工的复杂性,而且对制品的内部质量具有相当的影响。在科研生产中分别采用了RTV硅橡胶、聚乙烯、表面活性剂、硅油、脂肪族油脂等,以上材料虽然可以解决部分问题,但存在的问题是功能单一,无法满足多种高分子聚合物以及多种温度下的加工,效率低,使用一次后涂层必须施工一次,无法多次和长期使用。现在普遍采用的是特富龙涂层，由于该涂层在高温下硬度低，耐磨性能差，容易变形失效，影响生产效率，限制了该图层的使用范围。
本发明意在改变工件高温硬度和涂层的表面能的方式，达到耐磨、耐腐蚀、与塑料和高分子聚合物亲和力差的性能，从而提高工件的使用寿命。
涂层为为粘结层+表面层的复合结构，如图1所示。
其中，底层起到过度和粘结基体与面层的作用，具有一定的耐腐蚀能力，但硬度较面层低，其性能介于基体和面层之间。可以使用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂或超音速火焰喷涂等方法制备。粘结底层成分是镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇（镍重量50%以上）中的一种，涂层厚度0.01-0.2mm;主要作用是防止增塑剂或有机物中其他腐蚀成分对基体的腐蚀，并且增加第二层防粘涂层的结合力；
喷涂防粘面层的主要成分为铁（1-15%）、镍（30-70%）、铬（5-20%），加上次要成分硼（≦8%）、硅（≦5%），锰（≦2%）、Mo（≦15%）再加上5-30%碳化钨、碳化铬、氧化铝或者氧化铬，涂层厚度0.05-1mm；通过均布在表面能较低涂层中的陶瓷或金属陶瓷颗粒，一方面涂层在高温下能保持较高的硬度，克服了特富龙等涂料在高温下不耐磨、易变形的缺点。另一方面可以加显著降低涂层表面自由能、表面张力。表面张力的降低，将使塑料或其他高分子材料与涂层的粘结趋势降到最低，从而增加塑料或高分子材料的通过性，增加了工件的使用寿命，大大降低了工件的维护成本，增加了产能。
实施例1
采用等离子喷涂设备，在直径300mm长度1500mm的辊上进行喷涂防粘涂层。先喷涂NiAl打底层，参数为：
氢气：8(l/min)
氩气：40(l/min)
电流：630(A)
喷涂速度：10(mm/s)
冷却气体压力：0.4(MPa)
底层厚度：0.2（mm）
喷涂完底层，然后喷涂面层材料，面层粉末含量为：铁(2%)、镍(55%)、铬(5%)、硼（3%)、硅(5%)、锰（0.1%）+30%的碳化钨颗粒。喷涂参数为：
氢气：8(l/min)
氩气：40(l/min)
电流：630(A)
喷涂速度：10(mm/s)
冷却气体压力：0.4(MPa)
面层厚度：0.5（mm）
最终表面粗糙度：Ra0.8-1.0um.
带有防粘涂层的辊子，用在汽车挡风玻璃夹层胶的生产线上，对流延的胶进行热压花纹，喷有防粘涂层的辊与胶能很好的分离，胶体不沾辊面。涂层硬度适中，耐磨性能良好，克服了特富龙涂层在高温下易变形不耐磨的缺点，能够保持夹层胶产品的生产稳定性。
实施例2
采用电弧喷涂设备，在直径360mm长度1700mm的辊上进行喷涂防粘涂层。先喷涂NiCr打底层，参数为：
喷枪：气体线材喷枪
氧气：0.8m3/h
乙炔：0.5m3/h
压缩空气：5Kg/cm3
喷涂距离：90-110mm
喷涂面层，面层粉末含量为：铁(5%)、镍(60.8%)、铬(14%)、硼（3%)、硅(2.9%)、锰（0.3%）+15%的碳化铬颗粒。喷涂参数为：
喷枪：电弧喷枪
氧气：0.8m3/h
乙炔：0.5m3/h
压缩空气：5Kg/cm3
喷涂距离：90-110mm
喷涂完成后，涂层性能良好，能够达到使用要求，寿命相对于特富龙处理曲轴提高约5倍。
实施例3
采用等离子喷涂设备，在直径240mm长度1200mm的辊上进行喷涂防粘涂层。先喷涂NiCrAl打底层，参数为：
氢气：9(l/min)
氩气：45(l/min)
电流：650(A)
喷涂速度：10(mm/s)
冷却气体压力：0.6(MPa)
底层厚度：0.18（mm）
喷涂完底层，然后喷涂面层材料，面层粉末含量为：铁(10%)、镍(54%)、铬(15%)、硼（7%)、硅(3.9%)、锰（0.1%）+10%的碳化铬颗粒。喷涂参数为：
氢气：10(l/min)
氩气：46(l/min)
电流：650(A)
喷涂速度：10(mm/s)
冷却气体压力：0.6(MPa)
面层厚度：0.6（mm）
最终表面粗糙度：Ra0.8um.
喷涂完成后，辊面涂层经过磨抛处理，光洁度达到Ra0.8μm。在使用过程中，是特富龙处理的传统辊筒的5倍，且不需要经常维护。
实施例4
采用等离子喷涂设备，在直径200mm长度1200mm的辊上进行喷涂防粘涂层。先喷涂NiCrALY打底层，参数为：
氢气：6(l/min)
氩气：40(l/min)
电流：660(A)
喷涂速度：9(mm/s)
冷却气体压力：0.5(MPa)
底层厚度：0.14（mm）
喷涂完底层，然后喷涂面层材料，面层粉末含量为：铁(12%)、镍(60%)、铬(13%)、硼（2%)、硅(3%)+10%的氧化铝颗粒。喷涂参数为：
氢气：8(l/min)
氩气：443(l/min)
电流：660(A)
喷涂速度：10(mm/s)
冷却气体压力：0.6(MPa)
面层厚度：0.6（mm）
最终表面粗糙度：Ra1 um.
显微硬度较高，涂层硬度高，但不易磨削，加工较困难，制作成本高。生产效果良好，较特富龙处理过的辊子寿命提高6倍以上，工件运行稳定。
Claims (5)
1.一种防粘涂层，其特征在于包括底层（1）和面层（2），其中所述底层（1）用于粘结胚件（3）和面层（2），其位于胚件（3）表面和面层（2）之间，面层（2）位于底层（1）上，其所述面层（2）包括粉末基体和混合于该粉末基体中的硬质相，粉末基体主要包括有按占面层（2）重量百分比组成的如下物质：铁1～15％，镍30～70％，铬5～20％；硬质相为碳化钨、碳化铬、氧化铝、氧化铬中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，硬质相占面层（2）总重量的百分比为5～30％。
2.根据权利要求1所述防粘涂层，其特征在于上述粉末基体中还包括有锰、钼、硼、硅、钴中的任意一种或任意两种及两种以上的组合。
3.根据权利要求2所述防粘涂层，其特征在于上述粉末基体中的锰、钼、硼、硅、钴成分占粉末基体的重量百分比为：锰≤2％、钼≤15％、硼≤8％、硅≤5％、钴≤2％。
4.根据权利要求1所述防粘涂层，其特征在于上述底层（1）为镍铝、镍铬、镍铬铝或镍铬铝钇中的任意一种或任意两种及两种以上的组合，且所述底层（1）的各组分中镍占底层（1）总重量的50％以上。
5.根据权利要求1所述防粘涂层，其特征在于上述底层（1）和面层（2）采用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂的方法喷涂形成在胚件上。
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