CN103448321A - 以熔射层锚固的氟素树脂复合材 - Google Patents
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Abstract
一种以熔射层锚固的氟素树脂复合材，包含层状堆迭的一个金属本体、一个熔射层与一个氟素树脂层。该金属本体具有一个第一粗糙面，该熔射层是由陶瓷微粒、金属微粒或瓷金微粒经热熔喷涂固定于该金属本体的第一粗糙面所构成，并具有一个朝外的第二粗糙面，该氟素树脂层是涂布固定于该熔射层的第二粗糙面。通过在金属本体的第一粗糙面高温喷涂固结该熔射层，并于熔射层的第二粗糙面被覆固定该氟素树脂层，利用第二粗糙面的凹凸结构与孔隙能够使氟素树脂层被稳定锚固的设计，大幅提高制成的氟素树脂复合材的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟素树脂复合材，特别是涉及一种以熔射层锚固的氟素树脂复合材。
背景技术
表面具有高洁净度且耐腐蚀性的载具已被广泛应用于工业制造过程中，可确保所承载输送的物品不会受到污染，同时可避免载具被承载物夹带的强酸或强碱溶液腐蚀受损。为达到上述目的，通常会在载具的金属基材表面被覆上一层氟素树脂，例如铁氟龙，利用氟素树脂具有极佳的耐酸碱性与疏水性，提高载具的洁净度同时避免强酸或强碱溶液的腐蚀。但是因为氟素树脂与金属基材的结合强度较弱，氟素树脂容易因为金属基材变形而产生裂损与剥离现象，而使载具无法再使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构强度高且不易产生剥离的氟素树脂复合材。
本发明以熔射层锚固的氟素树脂复合材，包含层状堆迭的一个金属本体、一个熔射层与一个氟素树脂层。该金属本体具有一个第一粗糙面，该熔射层是由陶瓷微粒、金属微粒或陶瓷与金属混合构成的瓷金微粒经热熔喷涂固定于该金属本体的第一粗糙面所构成，并具有一个朝外的第二粗糙面，该氟素树脂层是涂布固定于该熔射层的第二粗糙面。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该熔射层的第二粗糙面的粗糙度大于ra:2.0。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该熔射层厚度范围介于50-1000μm。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该熔射层的陶瓷微粒是选自于Cr2O3、Y2O3、Zr2O3、TiO2、Al2O3、MgO及W、Cr、Ti、V和Si的碳化物或其一个组合。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该熔射层的金属微粒是选自于Ni、Cr、Al、不锈钢或其一个组合构成的合金。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该熔射层的瓷金微粒是选自于WC-Co、WC-Ni、WC-Co-Cr、Cr3C2-NiCr或其一个组合。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该氟素树脂层是选自于聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)、第二代聚四氟乙烯(TFM)、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯与乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或其一个组合。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该氟素树脂层厚度范围介于100-1000μm。
本发明所述以熔射层锚固的氟素树脂复合材，该金属本体的第一粗糙面的粗糙度大于ra:2.0。
本发明的有益效果在于：通过在金属本体的第一粗糙面高温喷涂固结该熔射层，并于熔射层的第二粗糙面被覆固定该氟素树脂层，利用第二粗糙面的凹凸结构与孔隙能够使氟素树脂层被稳定锚固的设计，大幅提高制成的氟素树脂复合材的结构强度。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例的以熔射层锚固的氟素树脂复合材的侧视剖面图；
图2是本发明采用的对照组的侧视剖面图；
图3是该较佳实施例进行弯曲测试时的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。
如图1所示，本发明一个较佳实施例的以熔射层锚固的氟素树脂复合材3，包含一个金属本体31、一个熔射被覆固定于该金属本体31的熔射层32，及一个热熔固结于该熔射层32的氟素树脂层33。
该金属本体31具有一个外露的第一粗糙面310，该熔射层32是由许多陶瓷微粒、金属微粒或陶瓷与金属构成的瓷金微粒经高温熔射固结于该金属本体31的第一粗糙面310所构成，且该熔射层32具有一个外露的粗糙状的第二粗糙面320。通过该金属本体31的凹凸不平状的第一粗糙面310设计，可使熔射层32稳固定地熔射固结于该第一粗糙面310。在本实施例中，该金属本体31为钢材材质，但是实施时，也可以是其它金属或合金材质。
该氟素树脂层33是由氟素树脂粉粒以静电方式吸附于该熔射层32的第二粗糙面320后，再经加热而热融互粘并粘着固结于该熔射层32所构成。由于该熔射层32是由许多陶瓷微粒、金属微粒或瓷金微粒直接热融喷涂堆迭构成，所以第二粗糙面320会具有许多孔隙，以致热融后的氟素树脂会渗入熔射层32凹凸不平处与孔隙中，所以当氟素树脂凝固定型后，便会被该熔射层32的第二粗糙面320的凹凸结构锚固。
为提高该熔射层32固结于该金属本体31的第一粗糙面310的强度，以及使氟素树脂层33可被稳固锚固于该熔射层32的第二粗糙面320，该第一粗糙面310与第二粗糙面320的粗糙度都需大于ra:2.0。在本实施例的以下各实验例与对照例中，该第一粗糙面310与第二粗糙面320的粗糙度都介于ra:3.0-4.0间，但是实施时不以此为限。
该熔射层32厚度可依据第一粗糙面310的粗糙度变化进行调整，其较佳厚度范围是介于50-1000μm。其中，用于构成该熔射层32的陶瓷微粒是选自于Cr2O3、Y2O3、Zr2O3、TiO2、Al2O3、MgO，或W、Cr、Ti、V和Si的碳化物，或上述物质的一个组合，而用于构成该熔射层32的金属微粒是选自于Ni、Cr、Al、不锈钢或上述金属的一个组合构成的合金。该瓷金微粒是选自于WC-Co、WC-Ni、WC-Co-Cr、Cr3C2-NiCr或其一个组合。
该氟素树脂层33是选自于聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)、第二代聚四氟乙烯(TFM)、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯与乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或这些物质的一个组合，其较佳厚度范围是介于100-1000μm。
如图1、2所示，以下就以八个实验例的氟素树脂复合材3与两个对照例的氟素树脂复合材3’来分别进行结构强度测试：
实验例一
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.79。
熔射层32：Al2O3(氧化铝)，被覆厚度为150μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.52。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为150μm。
实验例二
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.81。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为150μm第二粗糙面320粗糙度为ra:3.56。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为150μm。
实验例三
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.46。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为150μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.14。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为300μm。
实验例四
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度约为ra:3.47。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为500μm，第二粗糙面320粗糙度约为3.31。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为300μm。
实验例五
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.51。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为800μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.36。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为300μm。
实验例六
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.82。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为1000μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.59。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为300μm。
实验例七
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.38。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为500μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.17。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为600μm。
实验例八
金属本体31：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310粗糙度为ra:3.46。
熔射层32：WC(碳化钨)，被覆厚度为500μm，第二粗糙面320粗糙度为ra:3.29。
氟素树脂层33：PTFE，被覆厚度为1000μm。
对照例一
金属本体31’：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310’粗糙度为ra:3.74。
氟素树脂层33’：PTFE，被覆厚度为150μm。
对照例二
金属本体31’：碳钢板，尺寸为200mm×50mm×2mm，第一粗糙面310’粗糙度为ra:3.69。
氟素树脂层33’：PTFE，被覆厚度为300μm。
上述各实验例与对照例的试片的制造流程如下说明：
步骤（一）粗化第一粗糙面310、310’。以氧化铝砂对金属本体31表面进行粗化作业，以构成第一粗糙面310、310’，在上述三个实验例与对照例中，第一粗糙面310、310’的粗糙度都介于ra3.0-4.0。
步骤（二）熔射喷涂。在实验例一，是以等离子体(plasma)熔射方式将氧化铝（Al2O3）熔射喷涂于该金属本体31的第一粗糙面310，构成厚度为150μm的熔射层32。在实验例二至八，是以高速火焰熔射（High Velocity Oxy-Fuel，HVOF）将碳化钨(WC)熔射喷涂于金属本体31的第一粗糙面310，分别构成厚度为150μm、300μm的熔射层32。
步骤（三）被覆氟素树脂层33。以静电吸附方式，使氟素树脂粉体吸附于上述熔射层32表面，再高温加热氟素树脂粉体，使氟素树脂粉体热融而相互粘结，并沾粘渗入熔射层32缝隙中，再使热融状氟素树脂降温凝固，而固结于该熔射层32的第二粗糙面320。
上述两组对照例的试片的制法，是在上述步骤（一）完成后，就以步骤（三）被覆氟素树脂的方式，于金属本体31’的第一粗糙面310’被覆固定该氟素树脂层33’。
如图3所示，完成上述实验例与对照例的氟素树脂复合材3、3’的制作后，接续进行结构稳定度测试。其测试方式是对上述各种氟素树脂复合材3、3’进行弯曲试验，将氟素树脂复合材3、3’的金属本体31、31’翻转朝上后，利用液压装置900往下迫抵每一个氟素树脂复合材3、3’的金属本体31、31’，驱使整个氟素树脂复合材3、31’以被挤压处的法线为准往上对折弯曲30°，然后观察氟素树脂复合材3、3’的氟素树脂层33、33’是否现裂缝，并观察金属本体31、31’、熔射层32与氟素树脂层33、33’间的结合性。
结构稳定度测试结果如表1所示，对照例的氟素树脂层33’都明显出现剥离金属本体31’的情况，反观实验例，金属本体31、熔射层32与氟素树脂层33间的结合性依然相当良好，熔射层32与氟素树脂层33都未出现剥离现象。但是本实验发现，当将熔射层32厚度提升至1000μm以上后，经弯曲测试，发现熔射层32会有些微剥离金属本体31的情况，但是熔射层32与氟素树脂层33间的结合性依然相当良好。
表1
上述实验例的氟树脂层33未脱离熔射层32，主要是因为熔射层32是由许多陶瓷微粒、金属微粒或瓷金微粒熔射喷涂构成，与金属本体31间的结合强度相当强，而其第二粗糙面320的粗糙结构是由多个微粒堆迭熔接所构成，所以熔射层32会存在有许多缝隙，当氟素树脂热融包覆于熔射层32时，便会渗入熔射层32的微细缝隙中，待其固化后，便会稳固固结于该熔射层32的粗糙表面结构，而构成被熔射层32锚固的结构态样。
因金属本体31与熔射层32两种材料间的强大结合力，及熔射层32具有孔隙结构，所以熔射层32可容许较大的变形量，而可达到变形缓冲效果，所以当实验例的试片变形时，氟素树脂层33依然会被熔射层32稳定锚固。此外，因为熔射层32在高温时会有较小的变形量，且熔射层32与金属本体31间及熔射层32与氟素树脂层33间的结合力非常紧密，因此，就算产生高温变形时，熔射层32仍然可在金属本体31与氟素树脂层33间提供强大抓取力量，使此三明治结构在高温变形时不易产生分层剥落现象。
相反的，一般直接于金属本体31’上被覆氟素树脂层33’的方式，虽然金属本体31’表面也会进行粗糙化处理，但是其粗糙化只是由喷砂所构成的凹凸面，金属本体31’本质依然不变，所以氟素树脂层33’只会沾粘被覆于金属本体31’表面，与金属本体31’间的结合强度相对较弱，一旦金属本体31’变形，便会直接作用在氟素树脂层33’上，而易造成氟素树脂层33剥离。
可见先于金属本体31的第一粗糙面310被覆固结一层熔射层32后，再于该熔射层32的第二粗糙面320被覆该氟素树脂层33的方式，可利用该熔射层32与金属本体31间具有较佳的结合强度，且该熔射层32具有较佳的变形缓冲的功用，及该熔射层32的多孔隙的粗糙表面结构可将该氟素树脂层33锚固的设计，大幅提高制成的氟素树脂复合材3的结构强度。
在上述各实验例中，熔射层32的被覆是以等离子体喷涂与高速火焰熔射为例进行说明，但是实施时，可依据熔射层32的材料设计，而采用其它熔射喷涂方式，不以上述方式为限。
综上所述，通过在金属本体31的第一粗糙面310高温喷涂固结该熔射层32，并于熔射层32的第二粗糙面320被覆固定该氟素树脂层33，利用第二粗糙面320的凹凸结构与孔隙能够使氟素树脂层33被稳定锚固的方式，可使得所制成的氟素树脂复合材3的层状结构间具有较强连结强度，熔射层32与氟素树脂层33不易变形剥落，可大幅提高氟素树脂复合材3的质量。因此，确实可达到本发明的目的。
应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (11)
1.一种以熔射层锚固的氟素树脂复合材，包含一个具有一个第一粗糙面的金属本体，其特征在于：该氟素树脂复合材还包含一个熔射层，及一个氟素树脂层，该熔射层是由陶瓷微粒、金属微粒或陶瓷与金属混合构成的瓷金微粒经热熔喷涂固定于该金属本体的第一粗糙面所构成，并具有一个朝外的第二粗糙面，该氟素树脂层是涂布固定于该熔射层的第二粗糙面。
2.如权利要求1所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该熔射层的第二粗糙面的粗糙度大于ra：2.0。
3.如权利要求2所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该熔射层厚度范围介于50-1000μm。
4.如权利要求1、2或3所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该熔射层的陶瓷微粒是选自于Cr2O3、Y2O3、Zr2O3、TiO2、Al2O3、MgO及W、Cr、Ti、V和Si的碳化物或其一个组合。
5.如权利要求1、2或3所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该熔射层的金属微粒是选自于Ni、Cr、Al、不锈钢或其一个组合构成的合金。
6.如权利要求1、2或3所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该熔射层的瓷金微粒是选自于WC-Co、WC-Ni、WC-Co-Cr、Cr3C2-NiCr或其一个组合。
7.如权利要求4所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该氟素树脂层是选自于聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)、第二代聚四氟乙烯(TFM)、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯与乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或其一个组合。
8.如权利要求5所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该氟素树脂层是选自于聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)、第二代聚四氟乙烯(TFM)、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯与乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或其一个组合。
9.如权利要求6所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于：该氟素树脂层是选自于聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)、第二代聚四氟乙烯(TFM)、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)、三氟氯乙烯与乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或其一个组合。
10.如权利要求1、2或3所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该氟素树脂层厚度范围介于100-1000μm。
11.如权利要求1、2或3所述的以熔射层锚固的氟素树脂复合材，其特征在于该金属本体的第一粗糙面的粗糙度大于ra:2.0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131218 |