CN110468368A - 一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法 - Google Patents

一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，通过对基体表面进行表面处理后，使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层，再使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；最后，在陶瓷涂层的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层。本发明所述耐高温耐磨绝缘涂层的耐电压达到2500V，在175℃的高温下能正常使用；在地下水、砂浆、盐水介质中使用，不被击穿；该涂层具有耐高温、耐高压、耐磨性以及韧性好，使用寿命长，尤其适合于石油钻井探测领域，推广应用价值高。

Description

一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，属于喷涂技术领域。
背景技术
陶瓷涂层通常指涂层材料为氧化物陶瓷的喷涂层，其主要的成分有氧化硅、氧化钇、氧化镁、氧化钛、氧化铝、氧化锆等物质材料。陶瓷涂层是覆盖在基材表面的无机保护层或膜的总称，它能改变基体表面的形貌、结构及其化学成分的组成，同时也使得基底材料具有耐磨、耐腐蚀、防粘、高硬度、耐高温、绝缘等特点。
陶瓷涂层做绝缘应用已有一定的范围，如绝缘轴承、电焊机、焊枪的绝缘，其目前使用环境基本都在空气中或密封环境中，而在有导电介质、高温及高压环境下则绝缘效果不好，不能使用。
目前情况：绝缘陶瓷涂层在干燥环境下其电绝缘性能可以满足要求，但在有水等导电的含离子介质、高温及高压环境下因其陶瓷涂层的多孔性，使其绝缘性能就无法保证。
高分子材料单独也可以作为绝缘材料，但在特殊环境下，如长期高温、高压及磨损条件下则无法满足要求。
在石油钻井探测领域中，一些专探用的探头，其绝缘涂层的性能指标需要达到：在2500V电压不被击穿，耐高温需要达到175℃，在地下水、砂浆、盐水介质中使用，不被击穿，满足发射信号。而目前的陶瓷涂层或高分子涂层无法达到上述性能要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，具体技术方案如下：
一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，包括如下步骤：
步骤一、对基体表面进行清洗、清理，对基体需绝缘部位进行喷砂处理，然后使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层；
步骤二、使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；
步骤三、在陶瓷涂层的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层，检测合格后进行包装。
作为上述技术方案的改进，所述陶瓷涂层的成分是氧化铝、氧化钇中的一种。
作为上述技术方案的改进，高分子涂层的制法方法为：用喷枪将高分子涂料喷涂在陶瓷涂层表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1～0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂高分子涂料，最后将涂层在180℃的温度下经3小时恒温固化后，自然降至室温即得到高分子涂层。
作为上述技术方案的改进，所述高分子涂料的制法为：将20～60质量份聚芳醚砜溶入60～140质量份二甲基甲酰胺得到A液，再将30～35质量份二氨基二苯砜、2质量份三氟化硼单乙胺、20质量份白刚玉粉、3质量份白炭黑混入100质量份四官能环氧树脂中混合均匀得到混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，将研磨均匀的胶料置于A液中进行机械搅拌，搅拌均匀即得高分子涂料。
作为上述技术方案的改进，所述过渡金属是镍铬合金、金属钼中的一种。
作为上述技术方案的改进，在步骤二中，陶瓷涂层喷涂完毕后，对陶瓷涂层外形进行修整加工。
作为上述技术方案的改进，在步骤二中，等离子喷涂设备在喷涂作业时，等离子弧电压为70V，电流为500A，喷涂距离为100-120mm。
本发明的有益效果：
本发明所述耐高温耐磨绝缘涂层的耐电压达到2500V，在175℃的高温下能正常使用；在地下水、砂浆、盐水介质中使用，不被击穿；该涂层具有耐高温、耐高压、耐磨性以及韧性好，使用寿命长，尤其适合于石油钻井探测领域，推广应用价值高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1)、对基体表面进行清洗、清理，对基体需绝缘部位进行喷砂处理，然后使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层；所述过渡金属是镍铬合金。
2)、使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；陶瓷涂层喷涂完毕后，对陶瓷涂层外形进行修整加工(例如，经过打磨抛光进行尺寸修改)。所述陶瓷涂层的成分是氧化铝。等离子喷涂设备在喷涂作业时，等离子弧电压为70V，电流为500A，喷涂距离为100-120mm。
3)、在陶瓷涂层的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层，检测合格后进行包装。其中，高分子涂层的制法方法为：用喷枪将高分子涂料喷涂在陶瓷涂层表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1～0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂高分子涂料，最后将涂层在180℃的温度下经3小时恒温固化后，自然降至室温即得到高分子涂层。
所述高分子涂料的制法为：将20～60kg聚芳醚砜溶入60～140kg二甲基甲酰胺得到A液，再将30～35kg二氨基二苯砜、2kg三氟化硼单乙胺、20kg白刚玉粉、3kg白炭黑混入100kg四官能环氧树脂中混合均匀得到混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，将研磨均匀的胶料置于A液中进行机械搅拌，搅拌均匀即得高分子涂料。
最终成品表面覆盖有耐高温耐磨绝缘涂层，所述耐高温耐磨绝缘涂层的厚度为0.35±0.025mm，耐电压达到2500V，电阻≥5MΩ，说明该涂层的绝缘性能优良；在175℃的高温下能正常使用，说明该涂层耐高温性能好。
实施例2
1)、对基体表面进行清洗、清理，对基体需绝缘部位进行喷砂处理，然后使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层；所述过渡金属是金属钼。
2)、使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；陶瓷涂层喷涂完毕后，对陶瓷涂层外形进行修整加工(例如，经过打磨抛光进行尺寸修改)。所述陶瓷涂层的成分是氧化钇。等离子喷涂设备在喷涂作业时，等离子弧电压为70V，电流为500A，喷涂距离为100-120mm。
3)、在陶瓷涂层的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层，检测合格后进行包装。其中，高分子涂层的制法方法为：用喷枪将高分子涂料喷涂在陶瓷涂层表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1～0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂高分子涂料，最后将涂层在180℃的温度下经3小时恒温固化后，自然降至室温即得到高分子涂层。
所述高分子涂料的制法为：将20～60kg聚芳醚砜溶入60～140kg二甲基甲酰胺得到A液，再将30～35kg二氨基二苯砜、2kg三氟化硼单乙胺、20kg白刚玉粉、3kg白炭黑混入100kg四官能环氧树脂中混合均匀得到混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，将研磨均匀的胶料置于A液中进行机械搅拌，搅拌均匀即得高分子涂料。
最终成品表面覆盖有耐高温耐磨绝缘涂层，所述耐高温耐磨绝缘涂层的厚度为0.35±0.025mm，耐电压达到2500V，电阻≥5MΩ，说明该涂层的绝缘性能优良；在175℃的高温下能正常使用，说明该涂层耐高温性能好。
对照例1
1)、对基体表面进行清洗、清理，对基体需绝缘部位进行喷砂处理，然后使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层；所述过渡金属是镍铬合金。
2)、使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；陶瓷涂层喷涂完毕后，对陶瓷涂层外形进行修整加工(例如，经过打磨抛光进行尺寸修改)。所述陶瓷涂层的成分是氧化铝。等离子喷涂设备在喷涂作业时，等离子弧电压为70V，电流为500A，喷涂距离为100-120mm。
该陶瓷涂层虽然在干燥空气的环境进行绝缘性测试，厚度为0.1mm的涂层，耐电压在1000V以上；在175℃以上的高温环境仍能正常使用。由于陶瓷涂层存在大量的微孔，这使得该陶瓷涂层在地下水、砂浆、盐水介质中使用，易被击穿。该陶瓷涂层的耐磨性能良好，但是质地脆。
对照例2
在基材的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层，检测合格后进行包装。其中，高分子涂层的制法方法为：用喷枪将高分子涂料喷涂在基材表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1～0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂高分子涂料，最后将涂层在180℃的温度下经3小时恒温固化后，自然降至室温即得到高分子涂层。
所述高分子涂料的制法为：将20～60kg聚芳醚砜溶入60～140kg二甲基甲酰胺得到A液，再将30～35kg二氨基二苯砜、2kg三氟化硼单乙胺、20kg白刚玉粉、3kg白炭黑混入100kg四官能环氧树脂中混合均匀得到混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，将研磨均匀的胶料置于A液中进行机械搅拌，搅拌均匀即得高分子涂料。
该高分子涂层的绝缘性好，即使在水中也不影响其绝缘性能。高分子涂层的韧性好。但是高分子涂层的缺点是，耐磨性差，使用温度低。
其中，四官能环氧树脂AG-80为基础树脂，该树脂具有多官能、高活性的特点、固化物交联密度大、收缩率低，具有优异的力学性能、粘接性能，以及耐热性和耐腐蚀性。以聚芳醚砜(PES-C)为增韧剂，它具有热变形温度高(Tg 260℃)，耐高热并耐低温性能。高分子涂层具有良好的韧性、抗冲击(冲击强度15.3kg.Cm/Cm2)，具有良好的绝缘性(击穿电压≥100KV/mm)。
二甲基甲酰胺为溶剂，二氨基二苯砜为固化剂，三氟化硼单乙胺为促进剂，白刚玉粉为填料，白炭黑为触变剂。
高分子涂料在不同温度下的粘接拉剪强度如表1所示：
表1
测试温度(℃) 常温 150 200
拉剪强度(MPa) 30 30 28
拉离强度(MPa) ≥80
高分子涂层的性能：玻璃化温度(Tg)为230℃；抗撕裂强度：≥20Mpa；抗冲击强度：≥12kg.cm/cm2；击穿电压：≥100KV/mm；具有良好的耐温性、韧性、绝缘性。
涂层的耐磨性能试验
对实施例1中的耐高温耐磨绝缘涂层和对照实施例1中的陶瓷涂层进行磨损试验，磨损量可用试验前后的试样重量的变化来表示。磨损量测量的方法有：测重法、化学分析法和放射性同位素法等。磨损试验时，经常指定某材料(例如尼龙)作为对比材料，然后在同样条件下将被测材料与它进行对比试验。试验结果用相对耐磨性系数表示，相对耐磨性系数＝对比材料的磨损量/被测定材料的磨损量。
本发明所述的耐磨涂层，由于耐磨涂层是在陶瓷涂层表面喷涂有高分子涂层；高分子涂层的覆盖，虽然高分子涂层的耐磨性能比陶瓷涂层差，即使高分子涂层先被磨光，高分子材料嵌入到陶瓷涂层的表面，使得多孔结构的陶瓷涂层表面变得致密、光滑，由于微孔被填充，相对于原先的陶瓷涂层来说，耐高温耐磨绝缘涂层的摩擦系数减小，其耐磨性能提升；相对于对照实施例1中的陶瓷涂层来说，本发明所述耐高温耐磨绝缘涂层的相对耐磨性系数提升30～50％，也就是所述耐高温耐磨绝缘涂层的耐磨性能提升30～50％；其中，在磨损量测量实验的过程，要保证所述耐高温耐磨绝缘涂层表面的高分子涂层被磨光。
在上述实施例中，所述氧化铝的纯度≥99.9％，所述氧化钇的纯度≥99.5％。
陶瓷涂层和高分子涂层复合以后，由于高分子涂层还存在封孔特性，这使得本发明最终得到的涂层兼具陶瓷涂层和高分子涂层的各自优点，并有效克服单一涂层的缺点。由于高分子涂料能够渗入到陶瓷涂层表面的微孔，这使得陶瓷涂层的耐高温性能得到保留，本发明最终得到的涂层的耐温性能好，其在175℃的高温下能正常使用。由于高分子涂层有部分渗入陶瓷涂层，这使得高分子涂层即使表面有部分破坏，残留的高分子涂料由于填充在陶瓷涂层内部，这使得涂层最终能够保留陶瓷涂层的耐磨性能，同时也保留高分子涂层的绝缘性能；在水下，即使高分子涂层被磨损，也能够保证绝缘性不被破坏。因此，本发明所述耐高温耐磨绝缘涂层耐高电压、耐高温、耐磨性好、韧性好，使用寿命长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、对基体表面进行清洗、清理，对基体需绝缘部位进行喷砂处理，然后使用等离子喷涂设备喷涂过渡金属层；
步骤二、使用等离子喷涂设备在过渡金属层的表面喷涂陶瓷涂层；
步骤三、在陶瓷涂层的表面使用高分子涂料进行喷涂制成高分子涂层，检测合格后进行包装。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：所述陶瓷涂层的成分是氧化铝、氧化钇中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：高分子涂层的制法方法为：用喷枪将高分子涂料喷涂在陶瓷涂层表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1～0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂高分子涂料，最后将涂层在180℃的温度下经3小时恒温固化后，自然降至室温即得到高分子涂层。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：所述高分子涂料的制法为：将20～60质量份聚芳醚砜溶入60～140质量份二甲基甲酰胺得到A液，再将30～35质量份二氨基二苯砜、2质量份三氟化硼单乙胺、20质量份白刚玉粉、3质量份白炭黑混入100质量份四官能环氧树脂中混合均匀得到混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，将研磨均匀的胶料置于A液中进行机械搅拌，搅拌均匀即得高分子涂料。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：所述过渡金属是镍铬合金、金属钼中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：在步骤二中，陶瓷涂层喷涂完毕后，对陶瓷涂层外形进行修整加工。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温耐磨绝缘涂层制作方法，其特征在于：在步骤二中，等离子喷涂设备在喷涂作业时，等离子弧电压为70V，电流为500A，喷涂距离为100-120mm。
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