CN106544618B - 不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法 - Google Patents

不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：①预处理，对不锈钢表面就像粗化处理，然后清洗干净；②一次喷涂，采用三阴极等离子喷涂方法将A悬浮液喷涂于不锈钢基体表面；③二次喷涂，再以陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将经聚四氟乙烯为修饰剂的B悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面。与现有技术相比，本发明具有结合强度大且耐磨性能佳的优点。

Description

不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢表面涂层处理的方法，属于金属表面处理技术领域。
背景技术
不锈钢材料以其漂亮的外观、耐腐蚀、强度高以及不易损坏等优点，已经在建筑、家居、装饰景观以及国防工业中获得广泛应用。然而，每年不锈钢部件结冰和结霜对国民经济和装备安全带来巨大的损失。尤其是机动车辆关键部件表面的结冰，会严重影响车辆的机动性和实用性。因而不锈钢材料表面的抗覆冰、抗结霜性能研究引起了广泛的关注。目前，工业上多采用机械去除、加热除冰和化学试剂法等传统方法解决覆冰问题，但这些方法不能从根本上解决覆冰问题，且对环境有污染。因此，实现不锈钢表面防覆冰性能具有重要的意义。
超疏水材料有自清洁效果，水滴滴落在超疏水表面上不会在其表面聚集最终结冰。因而，超疏水表面的这种特性，有望可以从根本上解决材料的结冰问题。自然界中的某些生物表面具有超疏水功能，在对诸如水黾、荷叶等自然生物表面的研究中发现，微纳复合的粗糙结构和低表面能物质涂覆是获得超疏水功能的关键。因此，超疏水表面防覆冰成为目前最热门研究课题之一。
目前，许多实现超疏水特性的技术工艺复杂，如申请号为201510352881.8的中国发明专利申请《超疏水防覆冰涂层材料及其制备方法》(申请公布号CN105001723A)；又如申请号为201610073429.2的中国发明专利申请《一种具有热能除冰性能的超光滑防覆冰涂层》(申请公布号为CN105713476A)。
上述这些工艺难以实现超疏水表面的大面积制备，无法实现工业化应用，因此找到一种工艺简单、重复性好、能大面积制备并利于工业化应用的技术仍然是此领域亟待解决的一个重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结合强度大且耐磨性能佳的不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①预处理，对不锈钢表面就像粗化处理，然后清洗干净；
②一次喷涂，采用三阴极等离子喷涂方法将A悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，所述A悬浮液的重量百分比浓度如下：
纳米颗粒TiO2 1～10％；
纳米颗粒Al2O3、BN(氮化硼)、YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)中的至少一种0.1～1％；
聚丙烯酸(PAA)1～5％；
A悬浮液喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为氩气，气体流量40～80L/min；喷涂距离为100mm～150mm；喷枪行走速度为50mm/s～100mm/s；喂料速度5ml/min～25ml/min；喷涂功率45kw～60kw；
③二次喷涂，再以陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将经聚四氟乙烯为修饰剂的B悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，所述B悬浮液制备步骤如下：将纳米TiO2、Al2O3、BN、YSZ中的至少一种纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然加入重量百分比为10～20％的聚四氟乙烯(PTFE)，搅拌均匀后即可得到B悬浮液，
B悬浮液喷涂条件如下：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量60～80L/min，喷涂距离为100mm～150mm，喷枪行走速度为200mm/s～400mm/s；喂料速度5ml/min～25ml/min；喷涂功率30kw～45kw
作为优选，步骤①中所述的预处理如下：将不锈钢基体表面用不同粒度的白刚玉砂进行喷砂粗化处理；然后用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污和杂质。
作为优选，步骤②中所述的A悬浮液制备步骤如下：
将浓度为TiO2和Al2O3、BN、YSZ中的至少一种纳米颗粒加入到蒸馏水中，并加入聚丙烯酸，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min～15min，即得到A悬浮液。
作为优选，步骤②中所述一次喷涂的涂层厚度为15μm～150μm。
作为优选，步骤③中所述二次喷涂的涂层厚度为35μm～350μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明制备涂层的方法简单，所制备的涂层结合强度大于45MPa，厚度在50μm～500μm范围内可控，孔隙率低于5％，超疏水涂层与水的接触角＞150°，滚动角＜5°，保证了涂层较高的疏水性能；2)所制备的涂层在-10℃的静态液滴结冰试验中，涂层的防覆冰时间较不锈钢基体延长1.5h～2h，从而可以增加部件的使用寿命。采用液相三阴极等离子喷涂方法，使得制备的防覆冰陶瓷涂层可同时具备优异的机械力学性能和抗覆冰性能，在超疏水、防覆冰等应用领域具有巨大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的涂层的微观组织形貌。
图2为实施例1制备的涂层磨损破坏试验前陶瓷涂层表面接触角图。
图3为实施例1制备的涂层磨损破坏试验后陶瓷涂层表面接触角图。
图4为实施例1制备的涂层不同的磨损破坏试验条件后超疏水涂层延长结冰时间的变化对比图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
(a)将不锈钢基体表面依次使用50目、100目和200目的白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；
(b)用丙酮对经喷砂处理的不锈钢基体进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质；
(c)采用三阴极等离子喷涂方法将以纳米TiO2作为主体组分的陶瓷悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，喷涂工艺为：工作气体与送粉气体均为氩气，气体流量80L/min；喷涂距离为100mm；喷枪行走速度为50mm/s；喂料速度25ml/min；喷涂功率45kw；悬浮液的具体制备步骤是:将浓度为10％(质量百分数)的TiO2、和浓度为1％的BN纳米粒子加入到蒸馏水中，并加入浓度为2％(质量百分数)的聚丙烯酸(PAA)作为分散剂，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min，即可得到喷涂悬浮液。
(d)以步骤(c)所得陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将以聚四氟乙烯为修饰剂的低表面能纳米颗粒悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，悬浮液的具体的制备步骤为：将浓度为5％(质量百分数)的TiO2纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然在该溶液中加入10％的PTFE，搅拌均匀后即可得到喷涂悬浮液。喷涂工艺为：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量80L/min，喷涂距离为100mm，喷枪行走速度为200mm/s；喂料速度25ml/min；喷涂功率45kw。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例2：
(a)将不锈钢基体表面依次使用50目、100目和200目的白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；
(b)用丙酮对经喷砂处理的不锈钢基体进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质；
(c)采用三阴极等离子喷涂方法将以纳米TiO2作为主体组分的陶瓷悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，喷涂工艺为：工作气体与送粉气体均为氩气，气体流量70L/min；喷涂距离为120mm；喷枪行走速度为70mm/s；喂料速度20ml/min；喷涂功率50kw；悬浮液的具体制备步骤是:将浓度为10％(质量百分数)的TiO2、和浓度为0.5％的BN、0.5％的YSZ纳米粒子加入到蒸馏水中，并加入浓度为5％(质量百分数)的聚丙烯酸(PAA)作为分散剂，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min，即可得到喷涂悬浮液。
(d)以步骤(c)所得陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将以聚四氟乙烯为修饰剂的低表面能纳米颗粒悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，悬浮液的具体的制备步骤为：将浓度为10％(质量百分数)的TiO2纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然在该溶液中加入20％的PTFE，搅拌均匀后即可得到喷涂悬浮液。喷涂工艺为：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量75L/min，喷涂距离为120mm，喷枪行走速度为300mm/s；喂料速度20ml/min；喷涂功率40kw。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例3：
(a)将不锈钢基体表面依次使用50目、100目和200目的白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；
(b)用丙酮对经喷砂处理的不锈钢基体进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质；
(c)采用三阴极等离子喷涂方法将以纳米TiO2作为主体组分的陶瓷悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，喷涂工艺为：工作气体与送粉气体均为氩气，气体流量55L/min；喷涂距离为140mm；喷枪行走速度为85mm/s；喂料速度10ml/min；喷涂功率55kw；悬浮液的具体制备步骤是:将浓度为5％(质量百分数)的TiO2、和浓度为0.5％的YSZ纳米粒子加入到蒸馏水中，并加入浓度为5％(质量百分数)的聚丙烯酸(PAA)作为分散剂，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min，即可得到喷涂悬浮液。
(d)以步骤(c)所得陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将以聚四氟乙烯为修饰剂的低表面能纳米颗粒悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，悬浮液的具体的制备步骤为：将浓度为5％(质量百分数)的TiO2和浓度为5％的Al2O3纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然在该溶液中加入10％的PTFE，搅拌均匀后即可得到喷涂悬浮液。喷涂工艺为：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量70L/min，喷涂距离为140mm，喷枪行走速度为350mm/s；喂料速度15ml/min；喷涂功率42kw。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例4：
(a)将不锈钢基体表面依次使用50目、100目和200目的白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；
(b)用丙酮对经喷砂处理的不锈钢基体进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质；
(c)采用三阴极等离子喷涂方法将以纳米TiO2作为主体组分的陶瓷悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，喷涂工艺为：工作气体与送粉气体均为氩气，气体流量40L/min；喷涂距离为150mm；喷枪行走速度为100mm/s；喂料速度5ml/min；喷涂功率60kw；悬浮液的具体制备步骤是:将浓度为10％(质量百分数)的TiO2、和浓度为0.5％的BN、0.5％的Al2O3纳米粒子加入到蒸馏水中，并加入浓度为5％(质量百分数)的聚丙烯酸(PAA)作为分散剂，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min，即可得到喷涂悬浮液。
(d)以步骤(c)所得陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将以聚四氟乙烯为修饰剂的低表面能纳米颗粒悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，悬浮液的具体的制备步骤为：将浓度为6％(质量百分数)的TiO2、浓度为2％的Al2O3和浓度为2％的BN纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然在该溶液中加入20％的PTFE，搅拌均匀后即可得到喷涂悬浮液。喷涂工艺为：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量60L/min，喷涂距离为150mm，喷枪行走速度为400mm/s；喂料速度5ml/min；喷涂功率45kw。
该实例制备的样品性能测试结果

Claims (5)

1.一种不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①预处理，对不锈钢表面就像粗化处理，然后清洗干净；
②一次喷涂，采用三阴极等离子喷涂方法将A悬浮液喷涂于不锈钢基体表面，形成陶瓷涂层，所述A悬浮液的重量百分比浓度如下：
纳米颗粒TiO2 1～10％；
纳米颗粒Al2O3、BN、YSZ中的至少一种0.1～1％；
聚丙烯酸1～5％；
A悬浮液喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为氩气，气体流量40～80L/min；喷涂距离为100mm～150mm；喷枪行走速度为50mm/s～100mm/s；喂料速度5mL /min～25mL /min；喷涂功率45kW ～60kW ；
③二次喷涂，再以陶瓷涂层作为基体，采用三阴极等离子喷涂方法将经聚四氟乙烯为修饰剂的B悬浮液喷涂于陶瓷涂层表面，所述B悬浮液制备步骤如下：将纳米TiO2、Al2O3、BN、YSZ中的至少一种纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然加入重量百分比为10～20％的聚四氟乙烯，搅拌均匀后即可得到B悬浮液，
B悬浮液喷涂条件如下：工作气体和送粉气体为氩气，气体流量60～80L/min，喷涂距离为100mm～150mm，喷枪行走速度为200mm/s～400mm/s；喂料速度5mL /min～25mL /min；喷涂功率30kW ～45kW 。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于步骤①中所述的预处理如下：将不锈钢基体表面用不同粒度的白刚玉砂进行喷砂粗化处理；然后用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污和杂质。
3.根据权利要求1所述的不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于步骤②中所述的A悬浮液制备步骤如下：
将浓度为TiO2和Al2O3、BN、YSZ中的至少一种纳米颗粒加入到蒸馏水中，并加入聚丙烯酸，搅拌均匀，并在超声分散器中处理10min～15min，即得到A悬浮液。
4.根据权利要求1所述的不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于步骤②中所述一次喷涂的涂层厚度为15μm～150μm。
5.根据权利要求1所述的不锈钢表面进行防覆冰涂层的制备方法，其特征在于步骤③中所述二次喷涂的涂层厚度为35μm～350μm。
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