CN107620027A - 一种金属/高分子复合涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属/高分子复合涂层制备方法，包括采用化学镀预处理高分子粉末，得到高分子粉末表面镀有金属镀层的药芯，然后以金属带材和药芯为原材料，利用药芯拉丝机制备药芯丝材，最后利用热喷涂方法制备金属/高分子复合涂层。本发明公开的金属/高分子复合涂层中，金属镀层能够避免高分子粉末在雾化过程中热分解，提高金属/高分子复合材料的组织均匀性，提升金属/高分子复合涂层的力学性能。

Description

一种金属/高分子复合涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及金属/高分子复合材料领域，具体涉及一种金属/高分子复合涂层的制备方法。

背景技术

金属/高分子复合材料在装备轻量化、电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景，一直是科学研究和产业化应用的关注焦点。现有的金属/高分子复合材料主要以高分子相为母相，通过共混方式制备，力学性能较差。因此，亟需发展一种以金属相为母相的金属/高分子复合材料。

CN106521463A的专利公开说明书公开了一种高分子复合材料金属化工艺，先对高分子复合材料构件表面进行抛光处理；随后进行除蜡和除油处理；用去离子水清洗数次，进行化学镀处理，但并未进行深入应用。

高分子粉末的化学镀预处理是指采用化学镀的方法在高分子粉末表面镀上一层金属镀层。化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。

化学镀是一种新型的金属表面处理技术，该技术以其工艺简便、节能、环保日益受到人们的关注。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点。在防护性能方面，能提高产品的耐蚀性和使用寿命；在功能性方面，能提高加工件的耐磨导电性、润滑性能等特殊功能。

目前，化学镀技术已在电子、阀门制造、机械、石油化工、汽车、航空航天等工业中得到广泛的应用。化学镀常用溶液包括化学镀铜、镀镍、镀银、镀钴、镀镍磷液、镀镍磷硼液等。

热喷涂是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术，广泛应用于表面涂层制作领域。

火焰喷涂，以火焰为热源，一般金属、非金属基体均可喷涂，对基体的形状和尺寸通常也不受限制，但小孔目前尚不能喷涂；涂层材料广泛，金属、合金、陶瓷、复合材料均可为涂层材料，可使表面具有各种性能，如耐腐蚀、耐磨、耐高温、隔热等。

电弧喷涂技术是热喷涂技术的一个重要分支，它是以两根金属丝材作为电极，在喷枪端部相交短路产生的电弧为热源，是钢结构防腐蚀、耐磨损涂层和机械零件维修等工程中应用最普遍的一种方法，可以完成其他工艺不能解决的问题。从原理上讲，它可以喷涂除极易升华的物质外的任何材料。电弧喷涂工艺灵活，受限制小，可对大型设备进行大面积喷涂，也可对产品局部进行喷涂，可喷涂的丝材品种多，并适用于多种基体，喷涂层功能广、效率高、成本低，除了普通的耐磨损、防腐蚀涂层外，还有耐高温、抗氧化、电导或电阻涂层等。电弧喷涂的涂层具有良好的接合强度和极低的孔隙率，涂层致密均匀，而且喷涂过程中工件不变形，在技术上已比较成熟。

发明内容

本发明的目的是提供一种以金属相为母相的金属/高分子复合涂层制备方法。

本发明提供的一种金属/高分子复合涂层的制备方法，包括：

1)采用化学镀预处理高分子粉末，得到高分子粉末表面镀有金属镀层的药芯。

所述的金属镀层为铜、镍或银，所述的金属镀层厚度为1μm-5μm。

优选地，所述的金属镀层为铜，化学镀铜工艺较为成熟，容易实现。

在热喷涂高分子粉末为药芯的药芯丝材过程中，高分子会受热分解，影响金属/高分子复合涂层的组织均匀性。通过化学镀在高分子粉末表面镀上金属镀层，可有效避免高分子粉末在喷涂过程中的热分解，提高金属/高分子复合涂层的组织均匀性。

2)以金属带材和药芯为原材料，利用药芯拉丝机制备药芯丝材。

3)药芯丝材利用热喷涂方法制备金属/高分子复合涂层。

所述的热喷涂方法为火焰喷涂或电弧喷涂。

优选地，所述的热喷涂方法为电弧喷涂，采用电弧喷涂可以降低成本。

所述的电弧喷涂工艺参数为：电流为100A-150A，电压为30V-50V，压缩空气压力为0.8MPa。

所述的步骤1)中高分子粉末为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、氟聚合物、聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰亚胺，所述的高分子粉末粒径为5nm-100μm。

优选地，所述的步骤1)中高分子粉末为聚乙烯或氟聚合物，聚乙烯和氟聚合物作为常用的热塑性工程塑料，容易采购，方便实用。

所述的步骤2)中金属带材为不锈钢、铝或铝合金。

所述的步骤2)中药芯拉丝机的拉丝速度为2m/s-10m/s。

所述的步骤2)药芯丝材中金属带材与药芯的重量比为5％-40％，所述的药芯丝材直径为1mm-3mm。

所述的步骤3)中金属/高分子复合涂层制备环境为大气环境、真空环境或气氛保护环境。

高分子材料弹性好、耐磨性好、比强度高，与金属材料复合合成金属/高分子复合材料极大地改善了单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性等诸多性能，也改善了高分子材料耐热性低、耐火性差、易老化等缺点，具有较好的力学性能。

本发明提供的金属/高分子复合涂层中，在不锈钢带材中添加重量比为10％的镀铜聚乙烯粉末，利用药芯拉丝机(拉丝速度为6m/s)制备直径为2mm的药芯丝材，采用电弧喷涂(电流120A，电压40V，压缩空气压力0.8MPa)制备金属/高分子复合涂层，然后利用场发射扫描电子显微镜观察该金属/高分子复合涂层截面微观组织结构图，可以得到镀铜聚乙烯粉末占该金属/高分子复合涂层总体积的18.2±1.3％，明显高于未镀铜的聚乙烯粉末的体积比(10.6±0.4％)，表明镀铜聚乙烯粉末在电弧喷涂过程中，可以有效避免聚乙烯粉末的热分解，从而提高金属/高分子复合材料的组织均匀性，提升金属/高分子复合涂层的力学性能。

附图说明

图1为实施例1制备的金属/高分子复合涂层截面微观组织结构图。

图2为对比例制备的金属/高分子复合涂层截面微观组织结构图。

图3为实施例2制备的金属/高分子复合涂层截面微观组织结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，并不能理解为对本发明保护范围的界定。

本发明中金属/高分子复合涂层的组织结构利用场发射扫描电镜对制备获得的金属/高分子复合涂层样品断面形貌进行表征，以下是具体的性能检测方法：将制备的金属/高分子复合涂层样品依次用400#、800#、1200#、1500#、2000#砂纸打磨、抛光，然后置于去离子水中超声处理5min，吹干，最后表面喷Au，利用场发射扫描电子显微镜观察其断面微观形貌。

实施例1

本实施例中，金属带材为不锈钢带材，药芯为镀铜聚乙烯粉末，采用电弧喷涂工艺制备，大气环境制备金属/高分子复合涂层，具体步骤为：在不锈钢带材中添加重量比为10％的镀铜聚乙烯粉末，药芯拉丝机的拉丝速度为6m/s，制备直径为2mm的药芯丝材，采用电弧喷涂，具体参数为：电流120A，电压40V，压缩空气压力0.8MPa，制备金属/高分子复合涂层，然后利用场发射扫描电子显微镜观察金属/高分子复合涂层截面微观组织结构如图1所示，可以得到聚乙烯粉末占本实施例制备的金属/高分子复合涂层总体积的18.2±1.3％。

对比例

本实施例中，金属带材为不锈钢带材，药芯为聚乙烯粉末，采用电弧喷涂工艺制备，大气环境制备金属/高分子复合涂层，具体步骤为：在不锈钢带材中添加重量比为10％的聚乙烯粉末，药芯拉丝机的拉丝速度为6m/s，制备直径为2mm的药芯丝材，采用电弧喷涂，具体参数为：电流120A，电压40V，压缩空气压力0.8MPa，制备金属/高分子复合涂层，然后利用场发射扫描电子显微镜观察金属/高分子复合涂层截面微观组织结构如图2所示，可以得到聚乙烯粉末占本对比例制备的金属/高分子复合涂层总体积的10.6±0.4％，明显低于实施例1的体积比，表明镀铜聚乙烯粉末在电弧喷涂过程中可以有效避免聚乙烯粉末的热分解，从而提高金属/高分子复合涂层的组织均匀性。

实施例2

本实施例中，金属带材为铝带材，药芯为镀铜聚苯硫醚粉末，采用电弧喷涂工艺制备，大气环境制备金属/高分子复合涂层，具体步骤为：在铝带材中添加重量比为10％的镀铜聚苯硫醚粉末，药芯拉丝机的拉丝速度为5m/s，制备直径为2mm的药芯丝材，采用电弧喷涂，具体参数为：电流110A，电压50V，压缩空气压力0.8MPa，制备金属/高分子复合涂层，然后利用场发射扫描电子显微镜观察金属/高分子复合涂层截面微观组织结构如图3所示，可以得到聚苯硫醚粉末占本实施例制备的金属/高分子复合涂层总体积的14.1±1.2％。

实施例3

本实施例中，金属带材为铝合金带材，药芯为镀镍聚甲醛粉末，采用电弧喷涂工艺制备，大气环境制备金属/高分子复合涂层，具体步骤为：在铝合金带材中添加重量比为40％的镀镍聚甲醛粉末，药芯拉丝机的拉丝速度为9m/s，制备直径为3mm的药芯丝材，采用电弧喷涂，具体参数为：电流150A，电压50V，压缩空气压力0.8MPa，制备金属/高分子复合涂层。

实施例4

本实施例中，金属带材为铝合金带材，药芯为镀银氟聚合物粉末，采用电弧喷涂工艺制备，大气环境制备金属/高分子复合涂层，具体步骤为：在铝合金带材中添加重量比为5％的镀镍聚甲醛粉末，药芯拉丝机的拉丝速度为2m/s，制备直径为1mm的药芯丝材，采用电弧喷涂，具体参数为：电流100A，电压35V，压缩空气压力0.8MPa，制备金属/高分子复合涂层。

上述是结合实施例对本发明作详细说明，但是本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何在本发明专利核心指导思想下所作的改变、替换、组合简化等都包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属/高分子复合涂层的制备方法，包括：

1)采用化学镀预处理高分子粉末，得到高分子粉末表面镀有金属镀层的药芯；

所述的金属镀层为铜、镍或银，所述的金属镀层厚度为1μm-5μm；

2)以金属带材和药芯为原材料，利用药芯拉丝机制备药芯丝材；

3)药芯丝材利用热喷涂方法制备金属/高分子复合涂层；

所述的热喷涂方法为火焰喷涂或电弧喷涂。

2.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中金属镀层为铜。

3.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中高分子粉末为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、氟聚合物、聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰亚胺，所述的高分子粉末粒径为5nm-100μm。

4.根据权利要求3所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中高分子粉末为聚乙烯或氟聚合物。

5.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中金属带材为不锈钢、铝或铝合金。

6.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中药芯拉丝机的拉丝速度为2m/s-10m/s。

7.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)药芯丝材中药芯与金属带材的重量比为5％-40％，所述的药芯丝材直径为1mm-3mm。

8.根据权利要求1所述的金属/高分子复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤3)中热喷涂方法为电弧喷涂，所述的电弧喷涂工艺参数为：电流为100A-150A，电压为30V-50V，压缩空气压力为0.8MPa。