CN109985787A - 一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法 - Google Patents

一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：除油污、喷砂糙化、喷涂及固化过程。所述喷涂固化过程采用特氟龙涂料在不同温度下进行固化。本发明所述表面处理方法相对于现有技术，无需要求铝碳化硅复合材料表面存有铝层，也无需再对铝碳化硅复合材料表面进行镀铝处理，提高了铝碳化硅复合材料表面处理过程的效率；当铝碳化硅复合材料的基体为铸铝时也能对铝碳化硅复合材料进行表面处理；另外，本发明制备的产品显微硬度高，有很好的耐腐蚀性和耐磨性。

Description

一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法
技术领域
本发明属于材料表面处理领域，特别涉及一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法。
背景技术
铝碳化硅复合材料属于陶瓷增强金属基复合材料，以铝合金为基体，以碳化硅陶瓷颗粒作为增强相。铝碳化硅复合材料具有比刚度高、导热率高、膨胀系数低、密度低等诸多优势，在航空航天、高功率电子元器件散热封装、光学器件、耐磨等领域有着广泛的应用。而将铝碳化硅复合材料应用于上述领域中需要进行相应的表面处理，使其能适用于各种恶劣的工作环境。目前，铝碳化硅复合材料常用的表面处理方法为阳极氧化、微弧氧化、电镀等方法。但是采用以上几种方法存在以下问题：目前铝碳化硅的制备方法中无法保证铝碳化硅复合材料表面留有均匀的铝层，以利于对铝碳化硅复合材料表面进行后续的处理；铝碳化硅复合材料表面呈离散的两相即金属相和非金属相，分别呈现强金属性和强非金属性，其中非金属相难以活化，在后续的镀层中易造成两相表面的不均匀；铝碳化硅复合材料的基体采用铸铝时，铸铝难以采用阳极氧化、微弧氧化等表面处理方法，对表面处理方法具有一定的限制作用，而且用通常的阳极氧化、微弧氧化等表面处理方法加工得到的铝碳化硅复合材料的耐磨性和耐腐蚀性能差，往往无法适应各种恶劣的工作环境。
因此，提供一种新的铝碳化硅复合材料表面处理方法，无需要求铝碳化硅复合材料表面留有一层均匀的铝层，当基体为铸铝时也能进行表面处理，且经过表面处理后的铝碳化硅复合材料有好的耐磨性和耐腐蚀性能，可大大提高铝碳化硅复合材料的应用领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，本发明所述的铝碳化硅复合材料的表面处理方法不仅能克服现有技术中的难题，而且用本发明所述表明处理方法制备的铝碳化硅复合材料有良好的耐磨性和耐腐蚀性能。另外，本发明所述表面处理方法过程简单，适合工业大量生产。
一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，用清洗剂涂匀铝碳化硅复合材料表面清洗1-5次(优选2-3次)，然后用自来水冲洗2-3次，最后用去离子水冲洗1-3次，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在0.1-1MPa(优选0.3-0.8MPa)空气压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂1-5分钟，备用；
(3)喷涂及固化：先将特氟龙涂料在室温下在搅拌机中缓慢搅拌(所述缓慢搅拌的速度，为10-20转/分钟)，然后采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)处理过的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料(优选含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-506)在铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为1-18μm(优选3μm-15μm)，然后放入烘箱中在40-90℃(优选60-80℃)下烘干固化5-15分钟；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料(优选含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-401)在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为4-18μm(优选8μm-15μm)，然后放入烘箱中在180-360℃(优选200-350℃)下烘干固化20-40分钟；
(c)清漆喷涂及固化：再后用特氟龙涂料(由美国杜邦公司提供，型号为532G-5011)在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为6-18μm(优选10μm-15μm)，然后放入烘箱中在280-390℃(优选300-380℃)下烘干固化20-40分钟，制得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
优选的，步骤(1)中所述铝碳化复合硅材料热导率为162-200W/(m·K)，密度为2.8-3.05g/cm3，抗弯强度为338-408MPa，热膨胀系数为7.1-15×10-6/K。
优选的，步骤(1)中所述清洗剂为丙酮。
优选的，步骤(2)中步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为45-250目(优选60-90目)。
优选的，步骤(2)中喷砂处理后的铝碳化硅复合材料表面的喷砂清洁等级达到Sa2.5-Sa3级，铝碳化硅复合材料表面粗糙度达到2-8μm(优选3-5μm)。
优选的，步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为15-35cm(优选20-30cm)。
优选的，步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为45°或90°。
优选的，步骤(3)中的具体喷涂及固化过程重复1-3次。
步骤(3)中所述的具体的喷涂及固化过程中的(a)和(b)中所述的特氟龙涂料含有氟化乙烯丙烯共聚物，所述氟化乙烯丙烯共聚物在特氟龙涂料中的含量按质量分数计为1-10％。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)相比于阳极氧化、微弧氧化的表面处理方法，本发明所述表面处理方法无需要求铝碳化硅复合材料表面存有铝层，也无需再对铝碳化硅复合材料表面进行镀铝处理，提高了铝碳化硅复合材料表面处理过程的效率，且也解决了表面无铝层铝碳化硅复合材料的表面处理难题。
(2)当铝碳化硅复合材料的基体为铸铝时也能对铝碳化硅复合材料进行表面处理。
(3)能在金属表面或非金属表面进行喷涂，且结合力强，可在铝碳化硅表面制备出20-100μm厚的特氟龙涂层，制备的涂层厚度均匀，显微硬度高，能有效的提高铝碳化硅复合材料的耐腐蚀性和耐磨性。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是以下实施例对本发明要求保护的范围不构成限制作用。
实施例1
一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，用丙酮涂匀铝碳化硅复合材料表面清洗2次，然后用自来水冲洗2次，最后用去离子水冲洗1次，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在0.1MPa空气压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂1分钟，备用；
(3)喷涂及固化：先将特氟龙涂料在室温下在搅拌机中缓慢搅拌，然后采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)处理过的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-506)在铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为1μm，然后放入烘箱中在40℃下烘干固化5分钟；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-401)在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为4μm，然后放入烘箱中在360℃下烘干固化20分钟；
(c)清漆喷涂及固化：再后用特氟龙涂料(由美国杜邦公司提供，型号为532G-5011)在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为6μm，然后放入烘箱中在280℃下烘干固化40分钟，制得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
步骤(1)中所述铝碳化复合硅材料热导率为162W/(m·K)，密度为2.8g/cm3，抗弯强度为338MPa，热膨胀系数为7.1×10-6/K。
步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为45目。
步骤(2)中喷砂处理后的铝碳化硅复合材料表面的喷砂清洁等级达到Sa2.5级，铝碳化硅复合材料表面粗糙度达到2μm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为15cm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为45°。
实施例2
一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，用丙酮涂匀铝碳化硅复合材料表面清洗3次，然后用自来水冲洗3次，最后用去离子水冲洗1次，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在0.3MPa空气压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂3分钟，备用；
(3)喷涂及固化：先将特氟龙涂料在室温下在搅拌机中缓慢搅拌，然后采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)制备的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-506)在铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为3μm，然后放入烘箱中在60℃下烘干固化10分钟；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为8μm，然后放入烘箱中在200℃下烘干固化40分钟；
(c)清漆喷涂及固化：再后用特氟龙涂料在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为10μm，然后放入烘箱中在300℃下烘干固化30分钟，制得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
步骤(1)中所述铝碳化复合硅材料热导率为180W/(m·K)，密度为2.9g/cm3，抗弯强度为340MPa，热膨胀系数为8×10-6/K。
步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为45-120目(优选60-90目)。
步骤(2)中喷砂处理后的铝碳化硅复合材料表面的喷砂清洁等级达到Sa3级，铝碳化硅复合材料表面粗糙度达到3μm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为20cm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为90°。
实施例3
一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，用丙酮涂匀铝碳化硅复合材料表面清洗1次，然后用自来水冲洗2次，最后用去离子水冲洗2次，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在0.8MPa空气压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂5分钟，备用；
(3)喷涂及固化：先将特氟龙涂料在室温下在搅拌机中缓慢搅拌，然后采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)制备的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-506)在铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为15μm，然后放入烘箱中在80℃下烘干固化10分钟；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-401)在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为15μm，然后放入烘箱中在350℃下烘干固化30分钟；
(c)清漆喷涂及固化：再后用特氟龙涂料(由美国杜邦公司提供，型号为532G-5011)在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为12μm，然后放入烘箱中在380℃下烘干固化30分钟，制得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
步骤(1)中所述铝碳化复合硅材料热导率为190W/(m·K)，密度为3.05g/cm3，抗弯强度为408MPa，热膨胀系数为10×10-6/K。
步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为90目。
步骤(2)中喷砂处理后的铝碳化硅复合材料表面的喷砂清洁等级达到Sa3级，铝碳化硅复合材料表面粗糙度达到5μm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为30cm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为45°。
实施例4
一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，用丙酮涂匀铝碳化硅复合材料表面清洗1次，然后用自来水冲洗2次，最后用去离子水冲洗1次，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在1MPa空气压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂4分钟，备用；
(3)喷涂及固化：先将特氟龙涂料在室温下在搅拌机中缓慢搅拌，然后采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)制备的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料在铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为18μm，然后放入烘箱中在90℃下烘干固化5分钟；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料(含有氟化乙烯丙烯共聚物的特氟龙涂料，由美国杜邦公司提供，型号为953G-401)在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为18μm，然后放入烘箱中在360℃下烘干固化20分钟；
(c)清漆喷涂及固化：再后用特氟龙涂料在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂均匀，喷涂的厚度为18μm，然后放入烘箱中在390℃下烘干固化20分钟，制得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
步骤(1)中所述铝碳化复合硅材料热导率为200W/(m·K)，密度为3.05g/cm3，抗弯强度为408MPa，热膨胀系数为15×10-6/K。
步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为120目。
步骤(2)中喷砂处理后的铝碳化硅复合材料表面的喷砂清洁等级达到Sa2.5级，铝碳化硅复合材料表面粗糙度达到8μm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为30cm。
步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为60°。
对比例1
与实施例2相比，对比例1中的涂料不是特氟龙涂料，而是市场上的其他常见涂料。其余制备过程与实施例2相同。
对比例2
与实施例3相比，对比例2中的步骤(3)中的具体的喷涂及固化过程中(a)的固化温度为30℃，(b)中的固化温度为150℃，(b)中的固化温度为250℃。其余制备过程与实施例3相同。
产品效果测试
将实施例1-4和对比例1-2制备的产品按GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》标准测试铝碳化硅复合材料表面漆膜的牢固性(即特氟龙涂料与铝碳化硅复合材料表面的牢固性)(GB/T9286-1998衡量漆面的牢固性的，牢固性具体的分级有0级、1级、2级、3级，其中0级的牢固性最好，3级牢固性最差)；按GBT12444-2006《金属材料磨损试验方法》试环-试块滑动磨损试验，在加载力为204g，摩擦时间10min，转速180转/分钟，转动次数1800次的条件下测试待测样的磨损率；按照国家标准GB/T10125测试待测样的耐中性盐雾腐蚀性能，经96小时连续喷雾试验后观察铝碳化硅复合材料表面有无明显腐蚀斑点。另外购买市售的经阳极氧化的表面处理方法处理过的铝碳化硅复合材料(简称市售产品)，在相同条件下测试耐磨性和耐中性盐雾腐蚀性能，结果如表1所示。
表1：
从表1数据可以看出，实施例1-4制备的产品的磨损率比对比例1-2制备的产品和市售的产品低；实施例1-4制备的产品的耐中性盐雾腐蚀性能优于对比例1-2制备的产品和市售的产品的耐中性盐雾腐蚀性能。实施例1-4制备的产品的表面漆膜的牢固性比对比例1-2制备的产品的表面漆膜的牢固性要更加牢固。

Claims (9)

1.一种铝碳化硅复合材料的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)除油污：取铝碳化硅复合材料，清洗铝碳化硅复合材料表面，备用；
(2)喷砂糙化：用砂粒在0.1-1MPa压力下对步骤(1)处理过的铝碳化硅复合材料表面进行喷砂，备用；
(3)喷涂及固化：采用喷枪将特氟龙涂料喷涂到步骤(2)处理过的铝碳化硅复合材料表面，具体的喷涂及固化过程如下：
(a)底漆喷涂及固化：用特氟龙涂料在铝碳化硅复合材料表面喷涂，然后在40-90℃下烘干固化；
(b)面漆喷涂及固化：然后用特氟龙涂料在经过步骤(a)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂，然后在180-360℃下烘干固化；
(c)清漆喷涂及固化：再用特氟龙涂料在经过步骤(b)处理过的铝碳化硅复合材料表面喷涂，然后在280-390℃下烘干固化，获得经过表面处理的铝碳化硅复合材料。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述铝碳化硅复合材料的热导率为162-200W/(m·K)，密度为2.8-3.05g/cm3，抗弯强度为338-408MPa，热膨胀系数为7.1-15×10-6/K。
3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(1)中的清洗铝碳化硅复合材料表面的过程是依次用丙酮、自来水和去离子水进行清洗。
4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(2)中的砂粒为棕刚玉砂粒，所述砂粒的目数为45-250目。
5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的距离为15-35cm。
6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)中喷枪与铝碳化硅复合材料表面的夹角为45°或90°。
7.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述的具体的喷涂及固化过程中的(a)中喷涂的厚度为1-18μm；(b)中喷涂的厚度为4-18μm；(c)中喷涂的厚度为6-18μm。
8.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述的具体的喷涂及固化过程中的(a)中的固化时间为5-15分钟；(b)中的固化时间为20-40分钟；(c)中的固化时间为20-40分钟。
9.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述的具体的喷涂及固化过程中的(a)和(b)中所述的特氟龙涂料含有氟化乙烯丙烯共聚物，所述氟化乙烯丙烯共聚物在特氟龙涂料中的含量按质量分数计为1-10％。
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