CN105568206B - 一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方、涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方，以质量百分比计，其成分组成为Al₂O₃粉末：30～70％、TiO₂粉末：25～65％、铜镍合金粉末：1～10％，以该配方为喷涂材料，采用高焓等离子喷涂可获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层，该涂层具有优异的超疏水性能，防污效果显著，对海洋环境无污染，是一种绿色长效的新型防污涂层，并且涂层表面硬度高，与基体材料结合力强，能够承载较大载荷，有效解决了现有涂层易剥落、易磨损等问题。本发明的生产成本低，制备方法工艺可靠，性能稳定，适合在海洋平台、洋流发电、船舶等海洋设施上大规模应用。

Description

一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方、涂层及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种超疏水防污涂层，尤其涉及一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方、涂层及其制备方法。

背景技术

为了降低海洋生物附着污损和腐蚀所造成的危害，在海洋装备、舰船表面涂装防污涂料仍是目前解决该问题的既经济又有效的重要途径。目前，在防污涂料技术的市场上，有机锡的防污漆已经在全球范围内被禁用，替代产品主要有无锡自抛光和低表面能防污涂料两大类。

近几年，国内外有关新型防污涂料研究的报道越来越多，涉及到无锡自抛光、可控溶解型、生物防污、化学仿生、纳米缓释、碱性防污、生物酶防污、低表面能、导电防污、结构仿生、荧光防污等诸多技术特征。概括起来，可以归结为释放型防污涂料和非释放型防污涂料两大系列。释放型仍以自抛光或溶解型防污涂料为设计思想，重点研发生物提取物或人工合成仿生的防污剂、以及生物酶和强碱性物质作为防污剂，进而发展纳米缓释等技术更好地实现各种低毒、环保防污剂在涂层中的可控释放，达到有效防污的目的。低表面能、导电防污、结构仿生、荧光防污等非释放型系列防污涂料则依靠涂层特定的物理作用机制达到无毒长效防污的功能。

无毒、节能和高效将成为舰船新型防污涂料的三个重要特性，而要实现三者的完美结合是非常困难的。现有防污涂料的局限性主要表现在：①难以同时实现绿色环保和长期有效防污的双重效果；②涂层结合力较弱，易剥落、破坏而失效；③涂层无法承受较大的机械载荷；④新兴防污涂料技术尚属研发阶段，其实用性及工程化应用中尚有许多实际问题需要解决。针对以上问题，本发明旨在开发一种新型防污涂层的配方及其制备方法，实现防污涂层的环保性、高效性和实用性的结合。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方、涂层及其制备方法，以得到一种性能优越的新型超疏水防污涂层。

本发明所采用的技术方案如下：

基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方，以质量百分比计，其成分组成为Al₂O₃粉末：30～70％、TiO₂粉末：25～65％、铜镍合金粉末：1～10％。

上述方案中，所述的铜镍合金粉末中Cu与Ni的质量比为6～9:4～1,其中优选Cu、Ni质量比为7：3。

一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层，是以上述的配方为原料，采用高焓等离子喷涂而成，其制备方法包括如下步骤：

1)将氧化铝-氧化钛粉末、铜镍合金粉末球磨混合10-15小时，获得均匀的复合粉末；所述的氧化铝-氧化钛粉末的粒度为15-150μm，且复合粉末中以质量百分比计，各成分占比为：Al₂O₃：30～70％、TiO₂：25～65％、铜镍合金：1～10％；

2)将复合粉末平铺，放在保温箱内进行烘干，保温温度为100～120℃，烘干时间为2～4小时；

3)用丙酮或酒精将喷涂基材表面清洗干净，并放于保温箱内35～45℃烘干，除去其表面油渍污物；

4)采用空气动力喷砂方法对上述喷涂基体表面进行除锈和毛化处理，喷砂处理选用30～50目白刚玉或棕刚玉，喷砂时压缩空气的压力为0.3～0.6MPa，喷砂距离为100～150mm，喷砂角度为65°～90°；

5)不喷涂打底层，在喷涂基体表面直接采用髙焓等离子喷涂上述的复合粉末，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层；或者，先采用超音速火焰喷涂或高焓等离子喷涂在喷涂基体表面喷涂上CoCrNiAlY打底层，再采用髙焓等离子喷涂上述的复合粉末，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层。

本发明获得的含有铜镍合金的氧化铝-氧化钛超疏水防污涂层厚度为100-300μm，涂层的孔隙率＜5％；涂层的显微硬度＞600HV；涂层的拉伸强度≥30MPa；盐雾实验呈现涂层72小时未见明显腐蚀行为；实海挂板试验12个月防污性评定100(依照国家标准GB/T5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》规定进行试验及防污性评定)。

本发明的基于铜镍合金的超疏水防污涂层具有优异的超疏水性能，防污效果显著，对海洋环境无污染，是一种绿色长效的新型防污涂层，并且涂层表面硬度高，与基体材料结合力强，能够承载较大载荷，有效解决了现有涂层易剥落、易磨损等问题。本发明的生产成本低，制备方法工艺可靠，性能稳定，适合在海洋平台、洋流发电、船舶等海洋设施上大规模应用。

以下结合实例对本发明进一步说明。

具体实施方式

本发明实施例中采用的超音速火焰喷涂设备为HV-50型超音速火焰喷涂设备，煤油流量为15～25L/h，煤油压力为1.5～1.7MPa，氧气流量为850～910L/min，氧气压力为1.8～2.1MPa,氮气流量为8～12L/min,氮气压力为0.8～1.2MPa，喷涂距离为360mm～395mm。

本发明实施例中采用高焓等离子喷涂设备为100HE高焓等离子喷涂设备，喷枪功率为80～100kW，氩气流量为200～350SCFH(立方英尺/小时)，氮气流量为90～120SCFH(立方英尺/小时)，氢气流量为60～120SCFH(立方英尺/小时)，送分速率为45～65g/min，喷涂距离100～150mm。

本发明实施例中采用空气动力喷砂方法对喷涂基体表面进行除锈和毛化处理，喷砂处理选用30～50目白刚玉，喷砂时压缩空气的压力为0.3～0.6MPa，喷砂距离为100～150mm，喷砂角度为65°～90°。

本发明实施例中采用在氧化铝-氧化钛粉末中添加铜镍合金粉末(Cu-Ni比例为6～9:4～1)作为喷涂材料，粉末粒度均为15-150μm，其中，Al₂O₃含量在30～70wt％、TiO₂含量在25～65wt％、铜镍合金含量在1～10wt％，并将粉末在球磨机内混合10～15小时，实现复合粉末的均匀化。

本发明实施例中喷涂基体可采用Q345钢。

本发明实施例中喷涂基体可采用DH36钢。

本发明实施例中喷涂基体可采用DH40钢。

实施例1

在粉末粒度为20～45μm的Al₂O₃-TiO₂粉末中添加铜镍合金粉末(Cu与Ni质量比为7：3)，并将混合粉末在球磨机内混合12小时，实现复合粉末的均匀化，其中TiO₂占40wt％，铜镍合金占3wt％，其余为Al₂O₃。

将复合粉末平铺，放在保温箱内进行烘干，保温温度为100℃，烘干时间为3小时。

用丙酮将Q345钢喷涂基材表面清洗干净，并放于保温箱内40℃烘干，除去其表面油渍污物。采用上述方式进行喷砂处理。

采用超音速火焰喷涂CoCrNiAlY粉末在上述基材表面作为打底层，煤油流量为21L/h，煤油压力为1.6MPa，氧气流量为900L/min，氧气压力为2.0MPa,氮气流量为10L/min,氮气压力为1.0MPa，喷涂距离为380mm。

再采用高焓等离子喷涂设备喷涂上述的复合粉末，喷枪功率为90kW，氩气流量为210SCFH(立方英尺/小时)，氮气流量为115SCFH(立方英尺/小时)，氢气流量为120SCFH(立方英尺/小时)，送分速率为50g/min，喷涂距离115mm，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层。

上述的超疏水防污涂层厚度为250μm，涂层的孔隙率为2.73％；涂层的平均显微硬度为621HV；涂层的拉伸强度36MPa；盐雾实验72小时未见明显锈蚀点；实海挂板试验12个月防污性评定100(依照国家标准GB/T 5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》规定进行试验及防污性评定)。

实施例2

在粉末粒度为35～70μm的Al₂O₃-TiO₂粉末添加铜镍合金粉末(Cu与Ni质量比为7：3)，并将其在球磨机内混合15小时，实现复合粉末的均匀化，其中TiO₂占55wt％，铜镍合金占5wt％，其余为Al₂O₃。

将复合粉末平铺，放在保温箱内进行烘干，保温温度为120℃，烘干时间为2小时。

用酒精将DH36钢喷涂基材表面清洗干净，并放于保温箱内45℃烘干，除去其表面油渍污物。采用上述方式进行喷砂处理。

采用超音速火焰喷涂CoCrNiAlY粉末在上述基材表面制作CoCrNiAlY打底层，煤油流量为21L/h，煤油压力为1.6MPa，氧气流量为900L/min，氧气压力为2.0MPa,氮气流量为10L/min,氮气压力为1.0MPa，喷涂距离为380mm。

再采用高焓等离子喷涂上述的复合粉末，喷枪功率为85kW，氩气流量为200SCFH(立方英尺/小时)，氮气流量为100SCFH(立方英尺/小时)，氢气流量为105SCFH(立方英尺/小时)，送分速率为45g/min，喷涂距离120mm，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层。

本例所得涂层的厚度为270μm，涂层的孔隙率为3.05％；涂层的平均显微硬度为605HV；涂层的拉伸强度35MPa；盐雾实验72小时未见明显锈蚀点；实海挂板试验12个月防污性评定100(依照国家标准GB/T 5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》规定进行试验及防污性评定)。

实施例3

在粉末粒度为25～75μm的Al₂O₃-TiO₂粉末中添加铜镍合金粉末(Cu与Ni质量比为7：3)，并将其在球磨机内混合15小时，实现复合粉末的均匀化，其中TiO₂占60wt％，铜镍合金占7wt％，其余为Al₂O₃。

将复合粉末平铺，放在保温箱内进行烘干，保温温度为110℃，烘干时间为3小时。

用酒精将DH40钢喷涂基材表面清洗干净，并放于保温箱内50℃烘干，除去其表面油渍污物。采用上述方式进行喷砂处理。

在上述基材表面采用高焓等离子喷涂上述的复合粉末，喷枪功率为95kW，氩气流量为250SCFH(立方英尺/小时)，氮气流量为95SCFH(立方英尺/小时)，氢气流量为90SCFH(立方英尺/小时)，送分速率为53g/min，喷涂距离110mm，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层。

该涂层厚度为230μm，涂层的孔隙率为3.17％；涂层的平均显微硬度为605HV0.2；涂层的拉伸强度35MPa；盐雾实验72小时未见明显锈蚀点；实海挂板试验12个月防污性评定＞100(依照国家标准GB/T 5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》规定进行试验及防污性评定)。

Claims (5)

1.一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方，其特征在于，以质量百分比计，其成分组成为Al₂O₃粉末：30～70％、TiO₂粉末：25～65％、铜镍合金粉末：1～10％。

2.根据权利要求1所述的基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方，其特征在于，所述的铜镍合金粉末中Cu与Ni的质量比为6～9:4～1。

3.根据权利要求2所述的基于铜镍合金的超疏水防污涂层配方，其特征在于，所述的铜镍合金粉末中Cu与Ni质量比为7：3。

4.一种基于铜镍合金的超疏水防污涂层，其特征在于，该涂层是以如权利要求1所述的配方为原料，采用高焓等离子喷涂而成。

5.制备如权利要求4所述的基于铜镍合金的超疏水防污涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将氧化铝-氧化钛粉末、铜镍合金粉末球磨混合10-15小时，获得均匀的复合粉末；所述的氧化铝-氧化钛粉末的粒度为15-150μm，且复合粉末中以质量百分比计，各成分占比为：Al₂O₃：30～70％、TiO₂：25～65％、铜镍合金：1～10％；

2)将复合粉末平铺，放在保温箱内进行烘干，保温温度为100～120℃，烘干时间为2～4小时；

3)用丙酮或酒精将喷涂基材表面清洗干净，并放于保温箱内35～45℃烘干，除去其表面油渍污物；

4)采用空气动力喷砂方法对上述喷涂基体表面进行除锈和毛化处理，喷砂处理选用30～50目白刚玉或棕刚玉，喷砂时压缩空气的压力为0.3～0.6MPa，喷砂距离为100～150mm，喷砂角度为65°～90°；

5)不喷涂打底层，在喷涂基体表面直接采用髙焓等离子喷涂上述的复合粉末，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层；或者，先采用超音速火焰喷涂或高焓等离子喷涂在喷涂基体表面喷涂上CoCrNiAlY打底层，再采用髙焓等离子喷涂上述的复合粉末，获得基于铜镍合金的超疏水防污涂层。