CN1073697A - 火焰喷涂复合涂料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合涂料及其涂布方法，该方 法包括用火焰喷涂法将热塑性层涂布在基底上，然后 用火焰喷涂法将高熔点粉末如金属覆盖层涂布在热 塑性表面上，使尚未熔化的高熔点粉末颗粒包埋在热 塑层中。

Description

本发明涉及以火焰喷涂法涂布于基底的复合涂料。更确切地说，本发明涉及复合火焰喷涂的涂料，该涂料包括用火焰喷涂法涂布于基底上的中间塑性层和用火焰喷涂法涂布于塑性层上的金属，含金属的或陶瓷的覆盖层。

这种以火焰喷涂法将热塑性物质涂布基底，特别是金属基底的方法和设备先前已被公开，如在美国专利No.4，632，309和No.4，934，595中，及尚未批准的1991年9月16日申请的美国专利号No.07/760，866中。这些方法和设备能够使用户熔化粉末状的热塑性树脂，并按工艺可接受的涂覆率将其涂布于基底上，从而在多种广泛用途中涂布保护性涂料。这些用途包括，例如，涂布于桥梁或其他建筑用结构钢上，涂布于会受到腐蚀的管路和容器上，涂布于轮船船身上，以减慢藤壶的附着速度，并使之容易清除，等等。

在塑性基底上涂布金属薄膜的方法和设备也已公开。这些方法中绝大多数是先将金属熔化，气化或离子化后，再涂施于基底表面。涂布过程通常是在小心控制操作条件下进行，并需高温，以融化或气化金属。

按照本发明，公开了一种基底用涂料及其涂布方法，涂料由中间层和覆盖层组合而成，中间层为火焰喷涂的塑性材料，覆盖层为火焰喷涂的粉末状的金属，含金属颗粒或陶瓷颗粒。尽管其它基底也可用于本发明的范围内，但较好的基底表面是金属的。这里公开的涂料涂布方法，不需将用来形成覆盖层的金属、含金属颗粒或陶瓷颗粒熔化、气化或离子化。

按照本发明方法的较好的实施方案，先将粉末状的热塑性材料，较好的是乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA），用火焰喷涂法涂布于基底上，形成基本上连续的热塑性树脂中间层，它有一个在基底对面的向外的表面。接着把用来形成覆盖层的粉末，用火焰喷射装置加热到高于形成中间层的热塑性材料的熔点，但低于金属的熔点，然后，将被加热的粉末（以金属或金属氧化物为好）喷射到热塑性中间层上，包埋在热塑层的向外的表面中。当热塑性中间层的表面被金属粉末颗粒完全涂盖后，因金属粉末不处于熔化态，其它的金属粉末就不会再在表面上附着。

通过选择具有所需性能例如含有防污染、耐磨蚀或防腐蚀等材料的覆盖层粉末材料，本发明的复合涂料尤其适用于如耐磨蚀，抗污染，耐腐蚀等方面的应用。

结合下列图中的图片对本发明的设备作进一步的介绍和解释：

图1是按照本发明制作的基底截面的显微照片，其中的铝制基底涂布着EMAA中间层和铜粉覆盖层;和

图2是按照本发明制作的基底截面的显微照片，其中的铝制基底表面涂布着EMAA共聚物中间层和碳化钨粉末覆盖层。

按照本发明，所提供的改进喷射涂料，包括一个中间层，其大部分成分为热塑性树脂，和一个覆盖层，其大部分成分是金属、含金属或陶瓷的粉末。

本发明的喷射涂料能涂布多种广泛的基底材料，以获得理想的表面性能。根据不同的被涂基底和所用的涂布材料，这种喷涂可在露天，使用工地或厂房中进行。按照本发明可被涂布的基体的实例包括各种金属、合金属材料、陶瓷材料，纤维素质材料及高分子材料，只要这些表面已经过令人满意的清洗、冲刷，要不然就是已经过必要的预处理以使热塑性中间层容易粘附其上，而且随后，中间层上还可涂布金属的、含金属的或陶瓷的粉末覆盖层。按照本发明的较好的实施方案，被涂表面必要时要经喷砂清洗作预处理，按SSPC-6技术规范除去所有的尘埃和外部的杂质。

基底表面预处理以后，在其上喷涂粉末状热塑性材料，形成的中间表面涂层，厚度最好在约8-约12mils之间。按照本发明的特别优选的实施方案，中间层表面涂膜是用火焰喷涂法涂布在基底上的，这在美国专利No.4，934，595和尚未批准的1991年9月16日提出的美国专利申请号No.07/760，866中已被公开，其全部说明书在此并入本文作为公开内容的一部分。

适于形成本发明公开的涂料的中间层的热塑性树脂包括，如E-MAA，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）和聚丙烯，尽管其他作用相似的树脂同样可以用于本发明的范围内。尽管本发明提供的较好的欲涂布基底是金属，但其它材料制成的基底也同样可在本发明范围内，只要热塑性树脂经火焰喷涂能附着在基底表面形成中间层即可。

基底上涂布热塑性树脂中间层后，就涂布覆盖层，其中最好大部分为粉末状金属物质。尽管用以形成本发明复合涂料覆盖层的材料最好为金属材料，但用本文公开的方法将粉末状含金属的或陶瓷的材料涂布在物件上也是很好的，因而使用这类材料同样在本发明的范围内。含金属材料可包括，如金属，金属合金，金属氧化物，金属氮化物，等等。玻璃珠也可用作覆盖层材料。

用以形成本复合涂料覆盖层的较好的金属材料是粉末铜，尽管其它金属材料，如铝，碳化钙，碳化钨，钨铬钴合金，铬，不锈钢，镍，钛，金属氧化物，金属合金等等也可使用。按照本发明的优选实施方案，采用与热塑层涂布同样的方法，将金属覆盖层涂施于已涂覆热塑层的基底上，不同之处在于用粉末状金属代替粉末状热塑性材料，而且通常不需要表面预处理过程。涂布覆盖层可在热塑层冷却到室温之前或之后进行。如果塑性表面在覆盖层涂布前不被油污等污染，则热塑层的表面预处理过程（通常仅仅冲洗）就应不必进行。

用来形成覆盖层的粉末状金属，含金属的或陶瓷的颗粒，最好先被火焰喷射枪的火焰加热到一定温度，此温度要高于用于形成复合涂料中间层的热塑性材料的熔点，但要低于其碳化点，燃烧点，或热塑性材料发生其它分解的温度，而且要低于粉末状颗粒的熔点。当加热到这样的温度时，在火焰喷射枪射流力的推进下，粉末状颗粒会部分嵌入热塑层表面中，由于粉末状颗粒的温度较高，使中间层表面的热塑材料软化或熔化。一旦中间层的表面基本上被部分包埋的覆盖层热颗粒覆盖，再行喷射会导致多余的粉末反弹出来并聚集在工作面的下部。通常可通过视觉监视来观察表面覆盖情况，将喷射枪向新的区域趋进以使这种过度的喷射减至最少。

尽管用于火焰喷涂法中间层涂布的热塑性材料颗粒的大小，可根据材料和基底的类型，热塑性材料，火焰喷射枪的使用温度以及所需的中间层厚度而改变，但热塑性材料的粒径以约40目-约120目为好。虽然热塑性中间层的厚度为约8-约12mils较好，但可以理解优选厚度可根据诸如基底的大小、几何形状，材料及使用目的，使用环境，被涂物使用中将承受的磨耗性质和程度，欲覆盖在热塑层上的金属粉末的类型，粒径及厚度等因素而改变至高于或低于此范围。

同样地，用于火焰喷涂覆盖层的粉末状颗粒的粒径也可以改变，影响粒径大小的有，材料的种类，基底使用目的，热塑性材料，火焰喷射枪的温度，覆盖层的理想厚度等等。平均粒径最大值最好小于或等于颗粒将要喷涂于上的中间层的厚度，尽管金属的或陶瓷材料的覆盖层厚度以约1-约10mils为好，但可以理解这一厚度也可改变，影响的因素有：颗粒的尺寸，颗粒在中间层的包埋程度，使用目的，使用环境，涂层在使用过程中将承受的磨耗性质和程度，等等。

一旦本发明的复合涂料的覆盖层涂好后，如果需要，可作进一步的加工，以获得特定的精整。因此，例如覆盖层若含有铜，则经火焰喷涂得到的金属表面可被打磨以获得平滑而有光泽的外观。

如果复合涂料的覆盖表面层后来被划破或损坏，修复通常是很容易的，即在残留的中间热塑层的热塑材料上，另外喷涂金属，含金属的或陶瓷的粉末。

下面的实施例用来进一步叙述和解释本发明的复合涂料及其涂布方法，附图中的显微照象用作参考。

实施例1

制作用作基底的铝试件，方法是经喷砂处理，在其表面形成1-3mil的锚型分布（anchor    profile）。接着，以火焰涂布法用PF111中间层（PF111，Plastic    Flamecoat    Systems，Inc.出品的，熔点为约160°F，71℃的EMAA产品）涂布试件，将材料涂到铝的顶表面，以形成厚度为约10mils热塑层。待涂有热塑性涂层的铝件冷却到室温后，用火焰喷涂法将铜粉覆盖层涂到热塑性中间层上。覆盖层厚度为约3mils，铜粉涂布于试件前，被火焰喷射枪加热到300°F（149℃）。喷射枪所用燃料气为丙烷。然后在试件上截取一个断面，其结构如图1中显微照片所示。从图1，可清晰地看到上面提到的基底，中间层和覆盖层。

实施例2

用作基底的铝试件经喷砂处理，表面上形成1-3mil的锚型图形。接着，用火焰涂布法将PF111中间层涂布铝试件，将材料涂到铝的上表面，热塑层厚度约10mils。当涂布了塑性层的工件冷却到室温后，用火焰喷涂法将碳化钨覆盖层喷涂到热塑性中间层上，覆盖层厚度为约3mils。在喷射到试件上之前，用火焰喷射枪将粉末状碳化钨加热到300°F（149℃）。火焰喷射枪所用燃料气为丙烷。此后在试样上截取一个断面，断面结构如图2的显微照片所示。从图2，可清楚地看到上述试件基底，中间层和覆盖层。

本发明的其它变换和改进，对于阅读过本公开文本的本领域普通专业人员来说，将是显而易见的，此外公开的本发明的范围仅由所附的权利要求书的最宽的解释所限定，所述权利要求书是发明人法定有权要求的。

Claims (19)

1、用于基底的复合涂料，该涂料包括第一层热塑性材料层，它是用火焰喷涂法涂布在基底上的，以及第二层熔点高于第一层材料的粉末材料，它是用火焰喷涂法涂布在第一层上的，所述的粉末材料选自金属，含金属的材料及陶瓷材料。

2、根据权利要求1的复合涂料，其中粉末材料选自含金属材料，包括金属、金属合金、金属氧化物和金属氮化物。

3、根据权利要求2的复合涂料，其中粉末选自金属材料，包括铜、铝、碳化钙、碳化钨、钨铬钴合金、铬、不锈钢、镍和钛。

4、根据权利要求1的复合涂料，其中粉末材料包括玻璃珠。

5、根据权利要求1的复合涂料，其中热塑性材料选自乙烯-甲基丙烯酸，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和聚丙烯。

6、根据权利要求5的复合涂料，其中热塑性材料为乙烯-甲基丙烯酸共聚物。

7、根据权利要求1的复合涂料，其中基底选自金属，含金属的材料，陶瓷材料，纤维素质材料和高分子材料。

8、根据权利要求1的复合涂料，其中第一层厚度在约8-约12mils之间。

9、根据权利要求8的复合涂料，其中第一层厚度为约10mils。

10、根据权利要求1的复合涂料，其中第二层厚度可达约第一层厚度。

11、根据权利要求1的复合涂料，其中金属粉末的平均粒径不超过第一层厚度。

12、涂布基底的方法，该方法包括以下步骤：

a.清洗基底表面;

b.提供第一种成分大部分为热塑性树脂的粉末;

c.用火焰喷涂法，将第一种粉末涂布在基底上，形成一个基本上连续的热塑性树脂的中间层，其向外的表面在基底的对面;

d.提供第二种组成大部分为未熔化的材料颗粒，材料选自粉末状金属，粉末状含金属材料，陶瓷材料;和

e.用火焰喷涂法，将未熔化的第二种粉末涂布于中间层上，使未熔化的第二粉末颗粒包埋在中间层向外的表面上，形成基本上连续的覆盖层。

13、根据权利要求12的方法，其中第一粉末在高于热塑性树脂熔点的温度，用火焰喷涂法涂布于基底上。

14、根据权利要求12的方法，其中第一粉末在高于热塑性树脂的熔点，但低于第二粉末中绝大部分成份的熔点的温度用火焰喷涂法涂布于基底上。

15、根据权利要求12的方法，该方法包括附加步骤，即在涂布覆盖层之前，冷却中间层。

16、根据权利要求12的方法，该方法包括打磨覆盖层的附加步骤。

17、根据权利要求12的方法，其中第二粉末含有防污染材料。

18、根据权利要求12的方法，其中第二粉末含有耐磨蚀材料。

19、根据权利要求12的方法，其中第二粉末含有防腐蚀材料。

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