CN109909130B - 一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法，由黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂、水玻璃和水配成黑色涂料，利用喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面，经低温干燥、高温固化在金属基体表面固化形成立体粗糙面的黑色陶瓷涂层。本发明制得的黑色陶瓷涂层既能保护金属基材的表面免受腐蚀，又能提高阳光吸收率用作光热转换材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑色陶瓷涂层的制备方法，属于复合材料制备技术领域。
背景技术
金属材料有其刚性和好的导热性，广泛应用在结构材料中，但在太阳能的利用中，金属材料表面不具有良好的光吸收和光反射性，所以通常需要表面处理来增加光的利用效率，充分发挥各材料的优点才能实现优势互补。
现有技术中有在金属材料表面涂覆黑色釉料的，通常在基体的表面上涂布所述釉料，形成釉料涂层，将所述釉料涂层烘干，将烘干的所述釉料涂层烧结，由此在所述基体的表面上形成烧结釉料涂层。此种方法黑色釉料涂层具有一定吸收率也有一定的发射率。
若在金属基体表面制备的吸热涂层表面凹凸不平，会大大增加涂层吸收能力，并能充分发挥金属的集热效果，达到较好的协同效果。现有技术中也有采用静电植砂工艺将黑色陶瓷颗粒吸附在涂覆有粘结剂的薄金属片上，形成太阳能涂层。但是在金属基体表面制备吸热涂层还得保证金属基体的抗腐蚀能力，避免传统的太阳能光热产品因结合差或抗腐蚀力弱导致涂层脱落或效率降低等缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足而提供一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法。本发明制得的黑色陶瓷涂层既能保护金属基材的表面免受腐蚀，又能提高阳光吸收率用作光热转换材料。
本发明采取的技术方案为：
一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法，包括步骤如下：
(1)制备黑色陶瓷粉末颗粒：将钒钛磁铁矿厂排出的黑色矿渣粉末颗粒进行高温烧结成瓷，粉碎、球磨制成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒；
(2)制备黑色涂料：将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃称取后依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂，原料重量份比：黑色陶瓷粉末颗粒 65-90份、粘结剂10-20份、固化剂0-10份，水玻璃0-5份，黑色涂料其含水量为20-35wt％；
(3)金属基体表面处理，去除杂质异物；
(4)表面喷涂：采用喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，通过控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及基体板的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力范围为0.25Mpa-0.36Mpa，喷涂角度：喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，基体板的运动速度为10-30mm/s；
(5)低温干燥：将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；
(6)高温固化：将干燥后的金属基体经过300-350℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。
上述制备方法中：
步骤(1)所述的高温烧结，温度范围为1000-1200℃；
步骤(2)原料重量份比优选：黑色陶瓷粉末颗粒74-82份、粘结剂10-14份、固化剂5-7份，水玻璃3-5份。
所述的粘结剂，包括丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等各种有机粘结剂或硅酸盐、磷酸盐、氧化物、硫酸盐、硼酸盐等各种无机粘结剂。
步骤(2)所述的固化剂，包括脂肪族胺类、芳族胺类、酰胺基胺类、潜伏固化胺类、氮丙啶类、多元醇类和多异氰酸酯类等物质，用于加快粘结剂的固化速度。
步骤(3)所述的金属基体，包括铝合金、不锈钢或镁合金等金属基体板。所述的表面处理是对金属基体表面依次进行除锈、去污、去毛刺、去氧化皮、磷化、钝化等各种处理工艺，提高金属基体与涂层之间的结合力。
步骤(4)所述的表面喷涂，包括液体静电喷涂、液体压力喷涂等工艺。
本发明的有益效果是：
(1)本发明黑色陶瓷涂层由工业废渣为主要原料制成，既治理了废渣，又减少了环境污染；固化剂配合粘结剂提高了涂层的固化速度，表面处理增强了涂层与金属基体的粘结力；涂层材料为高温烧结而成的瓷质材料，具有陶瓷材料通性，不腐蚀，不老化，使用寿命长，制造成本低，阳光吸收率高。
(2)本发明涂层的制备能够实现全自动化和机械化，大大减少人工成本，喷头的喷涂压力和喷涂角度经协调搭配后，能够高效率地获得网状陶瓷涂层；
(3)本发明黑色陶瓷涂层表面是立体粗糙面，立体粗糙面陶瓷涂层形成网状阳光陷阱，与平滑涂层面相比，立体粗糙涂层面吸收面积增大，阳光进入网状阳光陷阱后，大部分被直接吸收，小部分经过反射亦无法逸出，能够大大提高涂层的阳光吸收率，可用作太阳能吸收涂层，并能够提高金属基体的抗腐蚀能力。
附图说明
图1为本发明涂层表面结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明。
实施例1
(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色矿渣粉末颗粒在1180℃进行高温烧结成瓷，粉碎、球磨制成直径为500微米的黑色陶瓷粉末颗粒；
(2)将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃分别按照黑色陶瓷粉末颗粒82份、粘结剂10份、固化剂5份，水玻璃3份比例称取后，依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂后，黑色涂料其含水量为25wt％；
(3)将铝合金基体放入化学池进行脱脂、清洗、去锈、磷化、钝化等表面处理，去除杂质异物；
(4)采用静电喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，并形成立体网状粗糙面。喷涂压力为0.35Mpa。基体板的运动速度为25mm/s。喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂。
(5)将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；
(6)将干燥后的金属基体经过330℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。
所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.94-0.95。
实施例2
(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色矿渣粉末颗粒在1150℃进行高温烧结成瓷，粉碎、球磨制成直径为600微米的黑色陶瓷粉末颗粒；
(2)将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃分别按照黑色陶瓷粉末颗粒78份、粘结剂12份、固化剂6份，水玻璃4份称取后，依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂后，黑色涂料其含水量为27wt％；
(3)将镁合金基体放入化学池进行脱脂、清洗、去锈、磷化、钝化等表面处理，去除杂质异物；
(4)采用压力喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，并形成立体网状粗糙面。喷涂压力为0.34Mpa。基体板的运动速度为23mm/s。喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂。
(5)将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；
(6)将干燥后的金属基体经过320℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。
所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.93-0.95。
实施例3
(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色矿渣粉末颗粒在1130℃进行高温烧结成瓷，粉碎、球磨制成直径为800微米的黑色陶瓷粉末颗粒；
(2)将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃分别按照黑色陶瓷粉末颗粒74份、粘结剂14份、固化剂7份，水玻璃5份称取后，依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂后，黑色涂料其含水量为29wt％；
(3)将不锈钢基体放入化学池进行脱脂、清洗、去锈、磷化、钝化等表面处理，去除杂质异物；
(4)采用压力喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，并形成立体网状粗糙面。喷涂压力为0.33Mpa。基体板的运动速度为20mm/s。喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂。
(5)将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；
(6)将干燥后的金属基体经过310℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。
所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.93-0.95。
以上是结合具体实施例对本发明的详细介绍，本发明的保护范围不限于此。
Claims (2)
1.一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法，其特征是，包括步骤如下：
(1)制备黑色陶瓷粉末颗粒：将钒钛磁铁矿厂排出的黑色矿渣粉末颗粒进行高温烧结成瓷，粉碎、球磨制成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒，所述的高温烧结，温度范围为1000-1200℃；
(2)制备黑色涂料：将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃称取后依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂，原料重量份比：黑色陶瓷粉末颗粒74-82份、粘结剂10-14份、固化剂5-7份，水玻璃3-5份，黑色涂料其含水量为20-35wt％；
粘结剂为有机粘结剂或无机粘结剂，所述的有机粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂，无机粘结剂为硅酸盐、磷酸盐、氧化物、硫酸盐或硼酸盐；
所述的固化剂为脂肪族胺类、芳族胺类、酰胺基胺类、潜伏固化胺类、氮丙啶类、多元醇类或多异氰酸酯类物质；
(3)金属基体表面处理，去除杂质异物，金属基体为铝合金、不锈钢或镁合金；
(4)表面喷涂：采用喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，通过控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及基体板的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力范围为0.25Mpa-0.36Mpa，喷涂角度：喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，基体板的运动速度为10-30mm/s；
(5)低温干燥：将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；
(6)高温固化：将干燥后的金属基体经过300-350℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。
2.根据权利要求1所述的一种在金属基体表面制备黑色陶瓷涂层的方法，其特征是，步骤(4)所述的表面喷涂为液体静电喷涂或液体压力喷涂。
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