CN106756271B - 一种抗磨损结合力强熨斗底板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 15～25％，Cu 0.5～1.5％,Mn 0.1～0.7％，Sc 0.2～0.5％，Zn 0.05～0.3％，Si 0.1～0.5％，Ni 0.03～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；其中,Sn和Cu的重量比为17‑23：0.5～1.2；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡；本发明还公开了一种抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法。本发明在金属基材表面采用微弧氧化原位生长直接烧结成复合陶瓷层，克服了陶瓷膜层致密性差和结合力不强的缺点，具有较好的耐磨性,工艺简单，节约成本，且环保无污染。
Description
技术领域
本发明涉及熨斗底板技术领域，尤其涉及一种抗磨损结合力强熨斗底板及制备方法。
背景技术
目前市售的熨斗底板多在金属基材表面喷涂涂覆层，以提高熨烫表面的耐磨性能，延长使用时间，在使用过程中保证对衣物的养护。陶瓷材料因具有良好的导热性能和耐腐蚀性，常被用来涂覆在金属基材表面作为熨烫表面，但是由于陶瓷和金属性质差异较大，金属基材相对较软，特别是铝制底板，陶瓷材料多为脆性材质，两者在结合常常会出现结合力差，容易脱落的缺点。
发明内容
本发明提出了一种抗磨损结合力强熨斗底板及制备方法，包括金属基体和复合陶瓷层，本发明提高了陶瓷膜层致密性及与金属基体的结合力，具有结合力强、抗磨损的优点，工艺简单，且环保无污染。
本发明提出的一种抗磨损结合力强熨斗底板，其特征在于，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 15～25％，Cu 0.5～1.5％,Mn 0.1～0.7％，Sc 0.2～0.5％，Zn 0.05～0.3％，Si 0.1～0.5％，Ni 0.03～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；其中，Sn和Cu的重量比为17-23：0.5～1.2；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡。
优选地，Sn在金属基体中的重量百分比为15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25％；Cu在金属基体中的重量百分比为0.50.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％；Mn在金属基体中的重量百分比为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％；Sc在金属基体中的重量百分比为0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％；Zn在金属基体中的重量百分比为0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％；Si在金属基体中的重量百分比为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％；Ni在金属基体中的重量百分比为0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％。
优选地，Sn和Cu的重量比可以为34：1、17：1、17：1.2、36：1、18：1、18：1.2、38：1、19：1、19：1.2、40：1、20：1、20：1.2、42：1、21：1、21：1.2、44：1、22：1、22：1.2、46：1、23：1、23：1.2。
优选地，在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层。
优选地，复合陶瓷层厚度为15～35μm。
优选地，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc0.35％，Zn 0.12％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量为Al和不可避免的杂质。
一种抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，包括如下步骤：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为1～4：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，脉冲双极电源的功率为3～5kW，电解液温度10～30℃，通电时间为15～30min，得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，干燥，在真空条件下初次升温至300-400℃，一次保温，再次升温至500～700℃，二次保温，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
优选地，在S1中，硅酸钠和钼酸钠的重量比为5～7：4～5。
优选地，在S2中，正向脉冲幅值的设定范围为300V～500V，负向脉冲幅值的设定范围为-30V～-100V。
优选地，在S2中，正向脉冲幅值为400V,负向脉冲幅值的设定范围为-60V。
优选地，在S2中，电源正脉冲占空比设定范围为30％～50％。
优选地，在S2中，电源负脉冲占空比设定范围为30％～50％。
优选地，电源正脉冲占空比为45％，电源负脉冲占空比为45％。
优选地，在S3中，在室温条件下干燥。
优选地，在S3中，真空度为5×10-3Pa。
优选地，在S3中，初次升温速率为15℃/min，一次保温时间为8-10h。
优选地，在S3中，再次升温的速率为15℃/min，二次保温时间为3-5h。
各组分在本发明中的作用：
Sn：；锡在熔体中能够形成Al6Sn5、Al5Sn2、Al3Sn4多种合金化合物，形成高温强化相，提高合金运行的热稳定性，改善合金室温或高温条件下的抗腐蚀性能。
Cu：细化杂质微粒，与Al、Ti固溶强化，提高耐磨性能。
Mn：在铝合金中析出Al-Mn、Al-Mn-Si固溶相提高耐磨性和耐热的粘着性。
Sc：Sc和Al会形成ScAl3、ScAl2、ScAl等多种化合物，Sc在所有稀土元素中原子半径是最小的，且与Al的距离较近，在结晶过程中容易形成过饱和的固溶体，在加热和挤压过程中容易析出共格的ScAl3，熔点高，能强烈抑制再结晶过程和提高合金的稳定性。
Zn：Zn和Cu配合使用，与Al形成多种固溶相，提高了耐磨性和耐热性。
Si：与铝形成铝硅体系，在铸造过程中形成具有α铝相和共晶硅相的混杂结构，可以极大改善机械强度。
Ni：有利于提高铝合金的冲击韧性，降低脆性转变温度。
本发明以铝合金作为熨斗底板的基材，采用微弧氧化工艺在铝合金表面原位生复合陶瓷层，微弧氧化是结合了电化学和电热的复杂过程，期间会释放大量热量促进了金属氧化物α-Al2O3,γ-Al2O3，SnO2，SiO2和3Al2O3·2SiO2的形成，调节合金成分中Sn、Cu在铝基中的配比，使基材表面形成Al2O3-SiO2-SnO2复合陶瓷层，提高了熨斗底板的高温耐磨性能，Si来自电解液中的硅酸盐，Al和Sn来自金属基体，使得陶瓷层与金属基体相互交叉，提高了两者之间的结合力；热处理进一步增强了复合陶瓷层的力学性能以及与金属基体结合精密度，缓慢逐步升温，使陶瓷层内部结构更加致密，提高了耐磨性能，电解液中加入钼酸钠明显改善了陶瓷层的耐磨性能，过氧化氢促进了氧化铝的形成，硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢配合使用，兼顾了高耐磨性和高强度；控制陶瓷层厚度在合理范围内，在保证力学强度的同时提高了磨损性能。本发明复合陶瓷层和基体相互渗透、相互契合，两者附着良好，不是从外部引入陶瓷物料，而是将基体表面的金属氧化物原位生长直接烧结成复合陶瓷层，克服了陶瓷膜层致密性差和结合力不强的缺点，制备工艺简单，节约成本，且环保无污染。
具体实施方式
实施例1
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc 0.35％，Zn 0.12％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量为Al和不可避免的杂质，所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡。
实施例2
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 15％，Cu 1.5％,Mn 0.1％，Sc 0.5％，Zn 0.05％，Si 0.1％，Ni 0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为25μm。
实施例3
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 25％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.2％，Zn 0.3％，Si 0.1％，Ni 0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为15μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层。
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为1～4：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为4kW，温度20℃，通电时间为22min，得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，干燥，在真空条件下初次升温至300-400℃，一次保温，再次升温至600℃，二次保温，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
实施例4
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc 0.3％，Zn 0.15％，Si 0.4％，Ni 0.11％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为35μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层；
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为7：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为3：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为3kW，正向脉冲幅值的设定范围为300V，负向脉冲幅值的设定范围为-100V，电源正脉冲占空比设定范围为30％，电源负脉冲占空比设定范围为30％，温度30℃，通电时间为30min得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，在室温条件下干燥，在真空度为5×10-3Pa条件下初次升温至300℃，升温速率为15℃/min，一次保温8h，再次升温至500℃，升温速率为15℃/min，二次保温3h，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
实施例5
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 17％，Cu 1.2％,Mn 0.4％，Sc 0.35％，Zn 0.15％，Si0.3％，Ni 0.13％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为30μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层；
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为5：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为4：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为1：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为5kW，正向脉冲幅值的设定范围为500V，负向脉冲幅值的设定范围为-30V，电源正脉冲占空比设定范围为50％，电源负脉冲占空比设定范围为50％，温度10℃，通电时间为15min得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，在室温条件下干燥，在真空度为5×10-3Pa条件下初次升温至400℃，升温速率为15℃/min，一次保温10h，再次升温至700℃，升温速率为15℃/min，二次保温5h，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
实施例6
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 23％，Cu 1.2％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni0.09％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为30μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层；
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为7：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为5：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为4：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为5kW，正向脉冲幅值的设定范围为400V，负向脉冲幅值的设定范围为-60V，电源正脉冲占空比设定范围为45％，电源负脉冲占空比设定范围为45％，温度25℃，通电时间为25min得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，在室温条件下干燥，在真空度为5×10-3Pa条件下初次升温至350℃，升温速率为15℃/min，一次保温9h，再次升温至600℃，升温速率为15℃/min，二次保温4h，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
实施例7
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为30μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层；
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为7：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为4：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为5kW，正向脉冲幅值的设定范围为400V，负向脉冲幅值的设定范围为-60V，电源正脉冲占空比设定范围为45％，电源负脉冲占空比设定范围为45％，温度25℃，通电时间为25min得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，在室温条件下干燥，在真空度为5×10-3Pa条件下初次升温至350℃，升温速率为15℃/min，一次保温9h，再次升温至600℃，升温速率为15℃/min，二次保温4h，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
实施例8
一种抗磨损结合力强熨斗底板，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 17％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni0.09％，余量为Al和不可避免的杂质；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡，复合陶瓷层厚度为30μm；在金属基体表面微弧氧化形成复合陶瓷层；
抗磨损结合力强熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢溶于去离子水，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为10：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为1：1。
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，控制脉冲双极电源的功率为5kW，正向脉冲幅值的设定范围为400V，负向脉冲幅值的设定范围为-60V，电源正脉冲占空比设定范围为45％，电源负脉冲占空比设定范围为45％，温度25℃，通电时间为25min得到粗产品。
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，在室温条件下干燥，在真空度为5×10-3Pa条件下初次升温至350℃，升温速率为15℃/min，一次保温9h，再次升温至600℃，升温速率为15℃/min，二次保温4h，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
对照例
一种陶瓷熨斗底板，包括金属基体和陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn20％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量为Al和不可避免的杂质；采用静电喷枪将氧化铝、氧化锡和氧化硅的混合粉末陶瓷材料喷涂到基材表面形成陶瓷层。
将实施例6-8的抗磨损结合力强熨斗底板中陶瓷层与金属基体结合力和耐磨性能晶型测试，测试结果如表1所示。
表1实施例6-8结合力和抗磨损性能测试数据
从表1可以看出本发明采用微弧氧化工艺在铝合金表面原位生复合陶瓷层与铝合金基材的结合力强，具有较好的耐磨性能，克服了陶瓷膜层致密性差和结合力不强的缺点，满足了熨斗的实际使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗磨损结合力强熨斗底板，其特征在于，包括金属基体和复合陶瓷层，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 15～25％，Cu 0.5～1.5％,Mn 0.1～0.7％，Sc 0.2～0.5％，Zn0.05～0.3％，Si 0.1～0.5％，Ni 0.03～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质；其中,Sn和Cu的重量比为17-23：0.5～1.2；所述复合陶瓷层包括氧化铝、氧化硅和氧化锡。
2.根据权利要求1所述的抗磨损结合力强熨斗底板，其特征在于，复合陶瓷层厚度为15～35μm。
3.根据权利要求1或2所述的抗磨损结合力强熨斗底板，其特征在于，金属基体组分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc 0.35％，Zn 0.12％，Si 0.3％，Ni0.09％，余量为Al和不可避免的杂质。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、电解液的配制：将硅酸钠、钼酸钠、过氧化氢加入去离子水中，硅酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，钼酸钠与所配电解液的重量体积比g/L为3～10：1，过氧化氢与所配电解液的重量体积比g/L为1～4：1；
S2、复合陶瓷层制备：将S1得到的电解液倒入电解槽，将金属基体放入电解槽中作为阳极，以不锈钢为阴极，在阳极和阴极之间接通脉冲双极电源，脉冲双极电源的功率为3-5kW，通电时间为15-30min，电解液温度为10～30℃，得到粗产品；
S3、热处理：将S2得到的粗产品洗涤，干燥，在真空条件下初次升温至300-400℃，一次保温，再次升温至500-700℃，二次保温，随炉冷却至室温得到抗磨损结合力强熨斗底板。
5.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S1中，硅酸钠和钼酸钠的重量比为5～7：4～5。
6.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S2中，正向脉冲幅值的设定范围为300V～500V，负向脉冲幅值的设定范围为-30V～-100V。
7.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S2中，电源正脉冲占空比设定范围为30％～50％；优选地，在S2中，电源负脉冲占空比设定范围为30％～50％。
8.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S2中，电源正脉冲占空比为45％，优选地，电源负脉冲占空比为45％。
9.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S3中，初次升温速率为15℃/min，一次保温时间为8-10h。
10.根据权利要求4所述的抗磨损结合力强熨斗底板的制备方法，其特征在于，在S3中，再次升温的速率为15℃/min，二次保温时间为3-5h。
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