CN107312449A - 一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热冲压成形技术领域，具体涉及一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层及其加工方法，其中涂层包括以下原料：聚苯硫醚、氟化钇钠纳米颗粒、8‑羟基喹啉、三氧化二钴、2,6‑二甲基砒啶、珍珠母粉、聚碳硅烷、乙醇、去离子水。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过在涂料中加入珍珠母粉、三氧化二钴和氟化钇钠纳米颗粒共同作用，与等离子喷涂工艺结合，有助于提高涂层的剥离强度；同时，氟化钇钠纳米颗粒与聚苯硫醚协同作用，具有较强的热稳定性和耐冲击性，由于涂料分两次涂覆，逐层固化，层叠交联，使涂层内外均匀，机械强度增强，成形表面平滑，成形淬火后无脱落现象，导电性良好，使用寿命延长。

Description

一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层及其加工方法
技术领域
本发明属于热冲压成形技术领域，具体涉及一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层及其加工方法。
背景技术
热冲压成形是一项专门用于制造超高强钢冲压件的技术，通过这种方法制得的零件具有超高的强度，良好的尺寸精度，广泛应用于汽车制造领域，可以提高汽车碰撞安全性，减轻车身，符合节能环保的要求，近年来受到广泛关注，而高温板材的氧化问题是困扰热冲压成形技术的一个难题，虽然板材是在气体保护的氛围下加热，但是，在从加热炉转移到热成形模具的过程中，高温下的板材与空气接触表面会形成一层氧化皮，该氧化皮的在冲压时容易脱落，附着在模具表面，必须及时清除，否则会影响生产的连续性，而附着在成形件表面的氧化皮，由于零件基体的结合性差，在进行喷涂等提高零件耐锈蚀的处理之前，必须通过喷丸等方法除去，这就增加了生产成本，而且使生产周期延长，氧化皮硬度较高，可能会划伤模具表面；目前通过在板材表面涂覆一层保护层的方法，可以应用于直接热冲压成形工艺，生产形状较为简单的零件；涂料是防止板材高温氧化的一种经济有效的方法，能够避免钢铁发生氧化，而且不受成形件复杂形状或尺寸的限制，工艺简单，可操作性强，经济性好，能够避免钢铁发生氧化，目前，国内研究出多种耐高温氧化的涂料，但在实际使用时，会出现在高温条件下成形性能差、成形淬火后会脱落或成形后导电性能差等问题，因此，需要针对以上问题对用于高强度热冲压件涂料进行进一步研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层及其加工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，包括以下重量份的原料：聚苯硫醚10-14份、氟化钇钠纳米颗粒6-10份、8-羟基喹啉2-5份、三氧化二钴3-6份、2,6-二甲基砒啶0.8-2.2份、珍珠母粉2.5-4.3份、聚碳硅烷4-6份、乙醇26-34份、去离子水18-25份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）用聚苯硫醚、乙醇、去离子水按重量比混合配制成乳液；
（2）将乳液加热至75-80℃后加入珍珠母粉、聚氧硅烷搅拌均匀后保温静置3-5小时；
（3）在上述所得混合物中加入氟化钇钠纳米颗粒和三氧化二钴，在搅拌速度为50-60转/分钟的条件下搅拌25-40分钟，在搅拌的同时用剂量为40-50kGy的γ射线辐射1-3分钟；
（4）加入剩余原料，搅拌均匀后静置12小时得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述氟化钇钠纳米颗粒的粒径为10-50nm。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（2）中搅拌速度为600-800转/分钟。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（2）静置完成后加入pH调节剂，调节pH值至4.7-5.3。
一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层的加工方法，将工件清洗表面除油、除污处理后预热至75-80℃，将涂料通过等离子喷涂在其表面喷涂厚度为400-600nm的膜层，在120-135℃温度下烘干1-2小时后，然后升温至260-300℃烧结25-30分钟；烧结完成后在水中淬火；然后将工件加热至50-60℃，再将工件浸入涂料溶液中，浸涂完成后在75-80℃烘干1-2小时，然后在320-350℃的条件下烧结5-10分钟，按常规方法淬火即得，所得涂层厚度为600-800μm。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过在涂料中加入珍珠母粉、三氧化二钴和氟化钇钠纳米颗粒共同作用，与等离子喷涂工艺结合，所得到内部膜层结晶度低，与工件表面结合较好，有助于提高涂层的剥离强度；同时，氟化钇钠纳米颗粒与聚苯硫醚协同作用，具有较强的热稳定性和耐冲击性，由于涂料分两次涂覆，逐层固化，层叠交联，使涂层内外均匀，机械强度增强，成形表面平滑，成形淬火后无脱落现象，导电性良好，使用寿命延长。
具体实施方式
实施例1
一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，包括以下重量份的原料：聚苯硫醚12份、氟化钇钠纳米颗粒8份、8-羟基喹啉4份、三氧化二钴4份、2,6-二甲基砒啶1.6份、珍珠母粉3.7份、聚碳硅烷5份、乙醇30份、去离子水20份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）用聚苯硫醚、乙醇、去离子水按重量比混合配制成乳液；
（2）将乳液加热至78℃后加入珍珠母粉、聚氧硅烷搅拌均匀后保温静置4小时，搅拌速度为700转/分钟，静置完成后加入pH调节剂，调节pH值至5；
（3）在上述所得混合物中加入氟化钇钠纳米颗粒和三氧化二钴，在搅拌速度为55转/分钟的条件下搅拌34分钟，在搅拌的同时用剂量为45kGy的γ射线辐射2分钟；
（4）加入剩余原料，搅拌均匀后静置12小时得到。
其中，所述氟化钇钠纳米颗粒的粒径为10-50nm。
一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层的加工方法，将工件清洗表面除油、除污处理后预热至78℃，将涂料通过等离子喷涂在其表面喷涂厚度为500nm的膜层，在120-135℃温度下烘干1-2小时后，然后升温至280℃烧结28分钟；烧结完成后在水中淬火；然后将工件加热至55℃，再将工件浸入涂料溶液中，浸涂完成后在780℃烘干1.5小时，然后在320-350℃的条件下烧结8分钟，按常规方法淬火即得，所得涂层厚度为700μm。
实施例2
一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，包括以下重量份的原料：聚苯硫醚10份、氟化钇钠纳米颗粒6份、8-羟基喹啉2份、三氧化二钴6份、2,6-二甲基砒啶0.8份、珍珠母粉4.3份、聚碳硅烷4份、乙醇26份、去离子水18份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）用聚苯硫醚、乙醇、去离子水按重量比混合配制成乳液；
（2）将乳液加热至75℃后加入珍珠母粉、聚氧硅烷搅拌均匀后保温静置5小时，搅拌速度为600转/分钟，静置完成后加入pH调节剂，调节pH值至5.3；
（3）在上述所得混合物中加入氟化钇钠纳米颗粒和三氧化二钴，在搅拌速度为50转/分钟的条件下搅拌40分钟，在搅拌的同时用剂量为50kGy的γ射线辐射1分钟；
（4）加入剩余原料，搅拌均匀后静置12小时得到。
其余内容与实施例1中相同。
实施例3
一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，包括以下重量份的原料：聚苯硫醚14份、氟化钇钠纳米颗粒10份、8-羟基喹啉5份、三氧化二钴3份、2,6-二甲基砒啶2.2份、珍珠母粉2.5份、聚碳硅烷6份、乙醇34份、去离子水25份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）用聚苯硫醚、乙醇、去离子水按重量比混合配制成乳液；
（2）将乳液加热至80℃后加入珍珠母粉、聚氧硅烷搅拌均匀后保温静置3小时，搅拌速度为800转/分钟，静置完成后加入pH调节剂，调节pH值至4.7；
（3）在上述所得混合物中加入氟化钇钠纳米颗粒和三氧化二钴，在搅拌速度为60转/分钟的条件下搅拌25分钟，在搅拌的同时用剂量为40kGy的γ射线辐射3分钟；
（4）加入剩余原料，搅拌均匀后静置12小时得到。
其余内容与实施例1中相同。
设置对照组1，将实施例1中氟化钇钠纳米颗粒去掉，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中三氧化二钴去掉，其余内容与实施例1中相同；设置对照组3，将实施例1中乙醇替换为等重量的去离子水，其余内容不变；设置对照组4，将实施例1中将步骤（2）中调节pH值的步骤省去，其余内容不变；设置对照组5，将实施例1中γ射线辐照去掉，其余内容不变；设置对照组6，实施例1中在加工涂层过程中，在第一层膜层完成淬火后，不对工件进行处理，直接浸渍外层涂料；设置对照组7，实施例1中不进行第一层膜层的涂覆，直接对工件加热后浸渍外层涂料；对各组涂层性质进行检测，其中稳定性为在260℃条件下暴露500小时的质量损失，得到以下结果：
表1
组别 冲击强度（kg·cm） 600℃冲击强度（kg·cm） 剥离强度（kg/cm） 质量损失（%）
实施例1 54 52 5.8 0.14
实施例2 53 52 5.7 0.16
实施例3 54 53 5.6 0.15
对照组1 50 45 4.7 0.18
对照组2 51 42 4.3 0.21
对照组3 49 46 4.6 0.17
对照组4 47 41 4.8 0.28
对照组5 48 35 4.8 0.31
对照组6 49 43 5.1 0.22
对照组7 52 47 5.4 0.26
通过表1中数据可以看出，去离子水对剥离强度和工件涂层的稳定性有较大影响，氟化钇钠纳米颗粒对冲击强度和高温冲击强度有较大影响，三氧化二钴对剥离强度和冲击强度有较大影响，本发明中加工所得涂层机械强度增强，成形表面平滑，成形淬火后无脱落现象，使用寿命延长。

Claims (5)

1.一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，其特征在于，包括以下重量份的原料：聚苯硫醚10-14份、氟化钇钠纳米颗粒6-10份、8-羟基喹啉2-5份、三氧化二钴3-6份、2,6-二甲基砒啶0.8-2.2份、珍珠母粉2.5-4.3份、聚碳硅烷4-6份、乙醇26-34份、去离子水18-25份；
其制备方法包括以下步骤：
（1）用聚苯硫醚、乙醇、去离子水按重量比混合配制成乳液；
（2）将乳液加热至75-80℃后加入珍珠母粉、聚氧硅烷搅拌均匀后保温静置3-5小时；
（3）在上述所得混合物中加入氟化钇钠纳米颗粒和三氧化二钴，在搅拌速度为50-60转/分钟的条件下搅拌25-40分钟，在搅拌的同时用剂量为40-50kGy的γ射线辐射1-3分钟；
（4）加入剩余原料，搅拌均匀后静置12小时得到。
2.如权利要求1所述一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，其特征在于，所述氟化钇钠纳米颗粒的粒径为10-50nm。
3.如权利要求1所述一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，其特征在于，所述步骤（2）中搅拌速度为600-800转/分钟。
4.如权利要求1所述一种热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层，其特征在于，所述步骤（2）静置完成后加入pH调节剂，调节pH值至4.7-5.3。
5.一种如权利要求1所述热冲压件用耐高温氧化纳米复合涂层的加工方法，其特征在于，将工件清洗表面除油、除污处理后预热至75-80℃，将涂料通过等离子喷涂在其表面喷涂厚度为400-600nm的膜层，在120-135℃温度下烘干1-2小时后，然后升温至260-300℃烧结25-30分钟；烧结完成后在水中淬火；然后将工件加热至50-60℃，再将工件浸入涂料溶液中，浸涂完成后在75-80℃烘干1-2小时，然后在320-350℃的条件下烧结5-10分钟，按常规方法淬火即得，所得涂层厚度为600-800μm。
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