CN105199537A - 一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料，以下组分均按重量份计，其制备方法包括以下步骤：(1)称取碳化钨钴粉末40-60份，干燥除去结晶水，得到干燥的碳化钨钴粉末；称取环氧树脂20-30份、硅烷偶联剂1份、乙醇20-30份和苯甲醇3-7份，混合后超声、搅拌均匀，得到环氧树脂混合液；将干燥的碳化钨钴粉末加入到环氧树脂混合液中，超声、搅拌均匀，得到A组分；(2)称取聚酰胺20-30份、苯甲醇7-13份和石墨烯0.7-1.3份，混合后超声、搅拌均匀，得到B组分；(3)将A组分和B组分混合，搅拌均匀即得碳化钨钴耐磨涂料。此溶剂型碳化钨钴耐磨涂料不需要热喷涂，大幅度节省了喷涂的成本。

Description

一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料

技术领域

本发明涉及一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料。

背景技术

随着涂料科技的发展，在器件表面涂装涂层已经成为有效的耐磨及腐蚀防护的方法。涂装涂层进行器件表面防护工艺简单，一般只需将配好的耐磨涂料均匀涂敷于需防护的部位即可。近年来，采用胶粘薄膜涂层技术在钢等金属材料表面形成薄膜进行防护得到了广泛地研究，胶黏薄膜涂层与金属共同形成的复合体使其金属材料更为优异的性能；同时由于薄膜覆盖在金属表面，使其具有优于金属的耐蚀性、耐磨性等，可以在复杂环境中为机械部件提供良好的磨损及腐蚀防护。但随着器件的功能化，形状越来越复杂，对应用在其表面的防护涂料提出了更高的要求。

现阶段，碳化钨钴的主要应用采用等离子喷涂技术与高速氧燃气喷涂形成以钴为粘接相的耐磨涂层。但是等离子喷涂的设备较复杂，一次成本较大，并且对氮气或氩气等气体有一定的纯度要求。高速氧燃气喷涂的缺点主要是较高的使用成本，工艺过程中噪音较大，工作环境差，粉尘污染严重，对人和环境造成污染，由于热喷涂过程过有大量粉末浪费，这也导致了材料利用率较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是，现有的含碳化钨钴粉末的涂料需使用专用设备以热喷涂的方法使涂料均匀喷涂在被保护的部件表面，存在能耗高，噪音大，粉尘污染严重等问题。

本发明的技术方案是，提供一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料，以下组分均按重量份计，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取碳化钨钴粉末40-60份，干燥除去结晶水，得到干燥的碳化钨钴粉末；称取环氧树脂20-30份、硅烷偶联剂1份、乙醇20-30份和苯甲醇3-7份，混合后超声、搅拌均匀，得到环氧树脂混合液；将干燥的碳化钨钴粉末加入到环氧树脂混合液中，超声、搅拌均匀，得到A组分；

(2)称取聚酰胺20-30份、苯甲醇7-13份和石墨烯0.7-1.3份，混合后超声、搅拌均匀，得到B组分；

(3)将A组分和B组分混合，搅拌均匀即得碳化钨钴耐磨涂料。

进一步地，所述硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂。

进一步地，所述聚酰胺为650低分子聚酰胺。

进一步地，所述环氧树脂为E-44(6101)双酚A型环氧树脂。

进一步地，所述B组分中，苯甲醇与聚酰胺的重量比为2︰5。

进一步地，所述碳化钨钴粉末的粒径为5-25μm。

进一步地，所述B组分中的环氧树脂与A组分中的聚酰胺的重量份相同。

进一步地，步骤(1)中，碳化钨钴粉末干燥除去结晶水的温度为110-130℃。

进一步地，所述B组分中的石墨烯为硬脂酸改性石墨烯。

环氧树脂（EP）是一种性能优异、应用广泛的热固性树脂，常被作为有机涂层的粘料，但由于固化后形成较致密的芳香结构，交联密度大，内聚力高，因此其变形能力差，呈脆性状态。为克服此缺点，国内外学者对此进行了大量改性研究。碳化钨具有硬度高、熔点高、化学性能稳定等典型的陶瓷相特点，是制备耐磨耐蚀涂层的理想材料，经过包覆一层多孔钴包覆层后形成球状颗粒。

本专利发明了一种采用碳化钨钴粉末改性的环氧树脂耐磨涂料，将碳化钨钴颗粒表面的多孔性钴包覆层将碳化钨的高耐磨特性与环氧树脂的高柔韧性结合起来，形成了喷涂完成后不留挂、无流痕的高粘度碳化钨钴耐磨涂料。

碳化钨具有硬度高、熔点高、导电导热性能差、化学性能稳定等典型的陶瓷相特点，是制备耐磨耐蚀涂层的理想材料。并且钴（Co）熔体对碳化钨的湿润性最好，以碳化钨钴为代表的金属-陶瓷复合涂层的制备受到研究者们的高度重视。碳化钨钴复合粉末密度过高，为有机成膜物质密度的14倍左右，高密度填料涂层固化过程中往往沉积于涂层与基体的结合界面，造成涂层附着力低，在施工过程中易发生流挂现象，进而影响耐磨性能及耐蚀性能。在填料改性有机涂层中，片状填料的屏蔽作用与阻隔性能优于球状填料，但由于片状填料具有过多的棱角，造成片状填料改性的有机涂层在摩擦过程中摩擦系数较大，并且摩擦系数不稳定，进而造成施工过程中难以喷涂的问题，而球状的WC-Co填料则可以较好的避免这个问题。

研究表明，石墨烯具有原子薄的厚度和低剪切强度的层状结构、高的机械强度、高弹性模量、高热导率、低表面能，以及在苛刻环境下的化学稳定性，因此非常适合作为高性能涂层润滑添加剂。

本发明具有如下有益效果：该耐磨涂料采用环氧树脂作为粘接剂，提高涂层与基体间的附着力；采用高硬度碳化钨钴粉末大幅度提高了涂料的耐磨强度，适量的石墨烯添加剂作为纳米滑动轴承不仅能够减小摩擦系数，还能通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨能力。

具体实施方式

实施例1

A组分：称取德国多美特产83WC-17Co粉末24.5g，在120℃烘箱中烘干1h。称取12.5g牌号为E-44(6101)的国产双酚A环氧树脂，0.5g偶联剂KH560，4g酒精，3g苯甲醇，于烧杯中混合，超声震荡下搅拌15min。将烘干后的WC-Co粉末置于上述混合液中，超声震荡下混合均匀，置于磁力搅拌仪上搅拌1小时。

B组分：称取10g苯甲醇，0.6g的石墨烯，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。再称取12.5g的低分子聚酰胺650置于上述苯甲醇溶液中，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。

将实验工件表面用砂布打磨至光亮，然后用丙酮擦洗涂油，碱洗，并进行硅烷表面处理，将A和B组分混合均匀，喷涂于处理过的工件表面，置于干燥箱内120℃干燥3~5小时，即可得到该环氧耐磨涂层。

以直径4mm材料为GCr15为对磨材料，采用微摩擦磨损试验仪在室温下对上述涂层进行测试，测试结果如下：

1、当转速为400r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.52左右，摩擦系数曲线较平稳，磨损失重为0.0006g，磨损率为7.17×10^-4g/m。

2、当转速为400r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.39左右，摩擦系数曲线局部有略微波动，磨损失重为0.0005g，磨损率为6.82×10^-4g/m

3、当转速为700r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.65左右，摩擦系数曲线很快平稳，磨损失重为0.0009g，磨损率为8.77×10^-3g/m。

4、当转速为700r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.8左右，磨损失重为0.0008g，磨损率为8.11×10^-4g/m。

实施例2

A组分：称取德国多美特产83WC-17Co粉末30g，在120℃烘箱中烘干1h。称取13g牌号为E-44(6101)的国产双酚A环氧树脂，0.5g偶联剂KH560，4g酒精，3g苯甲醇，混合搅拌15min。将烘干后的WC-Co粉末置于上述混合液中，超声震荡下混合均匀，置于磁力搅拌仪上搅拌1小时。

B组分：称取6g苯甲醇，0.4g的石墨烯，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。再称取13g的低分子聚酰胺650置于苯甲醇溶液中，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。

将实验工件表面用砂布打磨至光亮，然后用丙酮擦洗涂油，碱洗，并进行硅烷表面处理，将A和B组分混合均匀，喷涂于处理过的工件表面，置于干燥箱内120℃干燥3~5小时，即可得到该环氧耐磨涂层。

以直径4mm材料为GCr15为对磨材料，采用微摩擦磨损试验仪在室温下进行测试，测试结果如下：

1、当转速为400r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.59左右，摩擦系数曲线较平稳，磨损失重为0.0005g，磨损率为7.01×10^-4g/m。

2、当转速为400r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.43左右，摩擦系数曲线局部有略微波动，磨损失重为0.0006g，磨损率为7.2×10^-4g/m

3、当转速为700r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.86左右，摩擦系数曲线很快平稳，磨损失重为0.001g，磨损率为1.02×10^-3g/m。

4、当转速为700r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.79左右，磨损失重为0.0009g，磨损率为8.93×10^-4g/m。

实施例3

A组分：称取德国多美特产83WC-17Co粉末24.5g，在120℃烘箱中烘干1h。称取12.5g牌号为E-44(6101)的国产双酚A环氧树脂，0.5g偶联剂KH560，4g酒精，3g苯甲醇，混合搅拌15min。将烘干后的WC-Co粉末置于上述混合液中，超声震荡下混合均匀，置于磁力搅拌仪上搅拌1小时。

B组分：称取5g苯甲醇，0.5g的石墨烯，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。称取12.5g的低分子聚酰胺650置于上述苯甲醇溶液中，溶液中，超声震荡条件下搅拌15min，使其混合均匀，随后置于磁力搅拌仪上搅拌0.5小时。

将A和B组分混合均匀，喷涂于处理过的工件表面，置于干燥箱内120℃干燥3~5小时，即可得到该环氧耐磨涂层。

将实验工件表面用砂布打磨至光亮，然后用丙酮擦洗涂油，碱洗，并进行硅烷表面处理，将A组分和B组分混合均匀，喷涂于处理过的工件表面，置于干燥箱内120℃干燥3~5小时，即可得到粘结固体润滑耐磨环氧涂层。

以直径4mm材料为GCr15为对磨材料，采用微摩擦磨损试验仪在室温下进行测试，测试结果如下：

1、当转速为400r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.61左右，摩擦系数曲线较平稳，磨损失重为0.0007g，磨损率为7.55×10^-4g/m。

2、当转速为400r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.57左右，摩擦系数曲线快速稳定下来，磨损失重为0.0007g，磨损率为7.57×10^-4g/m

3、当转速为700r/min，摩擦载荷为420kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.72左右，摩擦系数曲线局部有略微波动，磨损失重为0.008g，磨损率为8.11×10^-4g/m。

4、当转速为700r/min，摩擦载荷为720kg时，涂层的摩擦系数稳定在0.75左右，磨损失重为0.0008g，磨损率为8.05×10^-4g/m。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种溶剂型碳化钨钴耐磨涂料，其特征在于，以下组分均按重量份计，其制备方法包括以下步骤：

(1)称取碳化钨钴粉末40-60份，干燥除去结晶水，得到干燥的碳化钨钴粉末；称取环氧树脂20-30份、硅烷偶联剂1份、乙醇20-30份和苯甲醇3-7份，混合后超声、搅拌均匀，得到环氧树脂混合液；将干燥的碳化钨钴粉末加入到环氧树脂混合液中，超声、搅拌均匀，得到A组分；

(2)称取聚酰胺20-30份、苯甲醇7-13份和石墨烯0.7-1.3份，混合后超声、搅拌均匀，得到B组分；

(3)将A组分和B组分混合，搅拌均匀即得碳化钨钴耐磨涂料。

2.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂。

3.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述聚酰胺为650低分子聚酰胺。

4.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述环氧树脂为E-44(6101)双酚A型环氧树脂。

5.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述B组分中，苯甲醇与聚酰胺的重量比为2︰5。

6.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述碳化钨钴粉末的粒径为5-25μm。

7.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述B组分中的环氧树脂与A组分中的聚酰胺的重量份相同。

8.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，步骤(1)中，碳化钨钴粉末干燥除去结晶水的温度为110-130℃。

9.如权利要求1所述的耐磨涂料，其特征在于，所述B组分中的石墨烯为硬脂酸改性石墨烯。