CN113337144A - 一种耐磨金属涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属涂层技术领域，尤其一种耐磨金属涂层及其制备方法，包括碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉，所述光滑粉包括二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌、聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑和锰酸镍锂，所述增硬粉包括乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯、硅烷偶联剂和环氧树脂；本发明极大的提升镀层的光滑程度，降低涂层的摩擦系数，使得涂层在摩擦过程中，降低涂层受到的摩擦力，从而提升涂层的使用寿命，制得增硬粉加入到涂层粉料当中进行喷涂，提升形成涂层的表面硬度，极大的提升涂层的耐磨性能和防划性能，提升金属涂层的使用寿命。

Description

一种耐磨金属涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属涂层技术领域，尤其涉及一种耐磨金属涂层及其制备方法。
背景技术
涂层是涂料一次施涂所得到的固态连续膜，是为了防护，绝缘，装饰等目的，涂布于金属，织物，塑料等基体上的塑料薄层。涂料可以为气态、液态、固态，通常根据需要喷涂的基质决定涂料的种类和状态。随着社会科技发展以及航空、航海、工业对机械运行环境要求愈发极端，机械运动部件面临着严重的摩擦磨损问题，因此需要高性能的耐磨耐蚀涂层提供保障。另一方面，目前各行各业机械正朝着长寿命、高稳定的方向发展，对设备涂层的性能要求日益提高。而目前所采用的涂层材料和技术都是上世纪70、80年代发展起来的，在可靠性、长寿命、超低摩擦等方面已经不能满足使用要求。近些年适用于极端工况下涂层材料的低摩擦和长寿命是关键技术，因此具有十分重要的意义。目前大部分发动机运行5年以上就会出现明显的部件磨损，极大的降低了整体性能，随着当今社会汽车的普及和全球范围的节能减排，对机械的可靠性和使用寿命提出了更高的要求。不仅仅是交通运输，航空、航天、核能等高尖端技术迫切要求使用耐高温、耐磨、低摩擦的涂层以保护金属零部件的表面，增加航天等领域关键零部件的工作效率、输出功率和使用寿命。
现有的金属涂层耐磨性能较差，涂层表面的粗糙度较高，摩擦系数较大，容易使得涂层脱落和磨损，同时涂层表面的硬度较低，也容易使得涂层磨损。因此，本申请中提出一种耐磨金属涂层及其制备方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种耐磨金属涂层及其制备方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种耐磨金属涂层，包括碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉，所述光滑粉包括二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌、聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑和锰酸镍锂，所述增硬粉包括乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯、硅烷偶联剂和环氧树脂。
优选地，所述包括以下重量份原料：碳化钨8-12份、纳米氧化铝6-11份、钛锡碳7-13份、二氧化硅9-13份、二氧化钛5-9份、纳米二氧化钍6-14份、光滑粉4-9份、增硬粉3-10份。
优选地，所述增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡4-11份，二硼化钒5-9份、石墨烯6-13份、硅烷偶联剂2-8份、环氧树脂4-10份，
更优选地，所述增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡6-9份，二硼化钒7-9份、石墨烯6-11份、硅烷偶联剂4-8份、环氧树脂5-10份。
优选地，所述光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼5-11份、二烷基二硫代磷酸锌3-14份、聚氯乙烯6-9份、铁酸镍改性炭黑4-8份和锰酸镍锂5-10份，
更优选地，所述光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼8、二烷基二硫代磷酸锌9份、聚氯乙烯8份、铁酸镍改性炭黑6份和锰酸镍锂7份。
优选地，碳化钨10份、纳米氧化铝9份、钛锡碳10份、二氧化硅11份、二氧化钛7份、纳米二氧化钍10份、光滑粉7份、增硬粉7份。
一种金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、光滑粉制备，包括以下步骤：
S11、称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机在温度175℃混合反应5min；
S12、加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌30min；
S13、用挤出机在温度180℃挤出造粒，粉碎，得到光滑粉；
S2、增硬粉制备，包括以下步骤：
S21、称取乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，升温60-90℃搅拌1-2h，冷却；
S22、向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌20-40min，得到混合物料；
S23、混合物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉；
S3、喷砂处理，采用0.6-0.8Mpa洁净压缩空气对金属做喷砂处理，金刚砂粒度为40-80目，喷枪角度与制品表面夹角大于45度；
S4、喷涂粉料制备，称取碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉混合，在200-280MP压力下压制成块，在1300-1400℃烧结，再球磨破碎制粒呈12-15nm的粉料，得到喷涂粉料；
S5、使用超音速等离子喷涂法，将喷涂粉料在处理后的金属上，得到涂层；
S6、涂层烧制，将涂层在高温电炉中烧成，保温，冷却即得金属涂层。
优选地，步骤S5中，离子喷涂设备喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；将待喷涂的工件固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行喷除，然后通入氢气进行喷涂。
优选地，步骤S23中，双螺杆挤出机挤出温度为300-340℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300-500rpm。
优选地，步骤S5中，金属涂层厚度为0.3-0.5mm。
优选地，步骤S6中，高温电炉烧成后保温时长为2-3h，保温温度为600-800℃。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明通过称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机混合反应，加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌，用挤出机挤出造粒，粉碎，自制光滑粉加入到涂层粉料当中，极大的提升镀层的光滑程度，降低涂层的摩擦系数，使得涂层在摩擦过程中，降低涂层受到的摩擦力，从而提升涂层的使用寿命。
本发明通过碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、作涂层配料，使得涂层的强度、韧性和超塑性大幅度提高。通过乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌得到混合物料，然后通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉加入到涂层粉料当中进行喷涂，提升形成涂层的表面硬度，极大的提升涂层的耐磨性能和防划性能。
本发明极大的提升镀层的光滑程度，降低涂层的摩擦系数，使得涂层在摩擦过程中，降低涂层受到的摩擦力，从而提升涂层的使用寿命，制得增硬粉加入到涂层粉料当中进行喷涂，提升形成涂层的表面硬度，极大的提升涂层的耐磨性能和防划性能，提升金属涂层的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的耐磨层原料制备流程图。
图3为本发明的粘结剂制备流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供了一种耐磨金属涂层，包括耐磨层和粘结层，所述耐磨层包括氧化硅粉末、去离子水、氧化铅粉末、碳化硅、碳化钨和密着剂，所述粘结层包括环氧树酯、聚酯树酯、甲醚化氨基树酯、流平剂、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸和过氧化苯甲酰。
实施例一
参照图1-3所示，一种耐磨金属涂层，包括碳化钨12份、纳米氧化铝11份、钛锡碳13份、二氧化硅13份、二氧化钛9份、纳米二氧化钍14份、光滑粉9份、增硬粉10份。
增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡11份，二硼化钒9份、石墨烯13份、硅烷偶联剂8份、环氧树脂10份。
光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼11份、二烷基二硫代磷酸锌14份、聚氯乙烯9份、铁酸镍改性炭黑8份和锰酸镍锂10份。
金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、光滑粉制备，包括以下步骤：
S11、称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机在温度175℃混合反应5min；
S12、加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌30min；
S13、用挤出机在温度180℃挤出造粒，粉碎，得到光滑粉；
S2、增硬粉制备，包括以下步骤：
S21、称取乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，升温90℃搅拌2h，冷却；
S22、向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌40min，得到混合物料；
S23、混合物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉，双螺杆挤出机挤出温度为340℃，双螺杆挤出机螺杆转速为500rpm；
S3、喷砂处理，采用0.8Mpa洁净压缩空气对金属做喷砂处理，金刚砂粒度为80目，喷枪角度与制品表面夹角大于45度；
S4、喷涂粉料制备，称取碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉混合，在280MP压力下压制成块，在1400℃烧结，再球磨破碎制粒呈15nm的粉料，得到喷涂粉料；
S5、使用超音速等离子喷涂法，将喷涂粉料在处理后的金属上，得到涂层，离子喷涂设备喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；将待喷涂的工件固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行喷除，然后通入氢气进行喷涂，金属涂层厚度为0.5mm；
S6、涂层烧制，将涂层在高温电炉中烧成，保温，冷却即得金属涂层，高温电炉烧成后保温时长为3h，保温温度为800℃。
实施例二
参照图1-3所示，一种耐磨金属涂层，包括碳化钨8份、纳米氧化铝6份、钛锡碳7份、二氧化硅9份、二氧化钛5份、纳米二氧化钍6份、光滑粉4份、增硬粉3份。
增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡4份，二硼化钒5份、石墨烯6份、硅烷偶联剂2份、环氧树脂4份。
光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼5份、二烷基二硫代磷酸锌3份、聚氯乙烯6份、铁酸镍改性炭黑4份和锰酸镍锂5份。
金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、光滑粉制备，包括以下步骤：
S11、称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机在温度175℃混合反应5min；
S12、加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌30min；
S13、用挤出机在温度180℃挤出造粒，粉碎，得到光滑粉；
S2、增硬粉制备，包括以下步骤：
S21、称取乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，升温60℃搅拌1h，冷却；
S22、向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌20min，得到混合物料；
S23、混合物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉，双螺杆挤出机挤出温度为300℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300rpm；
S3、喷砂处理，采用0.6Mpa洁净压缩空气对金属做喷砂处理，金刚砂粒度为40目，喷枪角度与制品表面夹角大于45度；
S4、喷涂粉料制备，称取碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉混合，在200MP压力下压制成块，在1300℃烧结，再球磨破碎制粒呈12nm的粉料，得到喷涂粉料；
S5、使用超音速等离子喷涂法，将喷涂粉料在处理后的金属上，得到涂层，离子喷涂设备喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；将待喷涂的工件固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行喷除，然后通入氢气进行喷涂，金属涂层厚度为0.3mm；
S6、涂层烧制，将涂层在高温电炉中烧成，保温，冷却即得金属涂层，高温电炉烧成后保温时长为2h，保温温度为600℃。
实施例三
参照图1-3所示，一种耐磨金属涂层，包括碳化钨10份、纳米氧化铝8份、钛锡碳10份、二氧化硅11份、二氧化钛7份、纳米二氧化钍10份、光滑粉6份、增硬粉7份。
增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡7份，二硼化钒6份、石墨烯9份、硅烷偶联剂5份、环氧树脂7份。
光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼8份、二烷基二硫代磷酸锌9份、聚氯乙烯8份、铁酸镍改性炭黑6份和锰酸镍锂8份。
金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、光滑粉制备，包括以下步骤：
S11、称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机在温度175℃混合反应5min；
S12、加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌30min；
S13、用挤出机在温度180℃挤出造粒，粉碎，得到光滑粉；
S2、增硬粉制备，包括以下步骤：
S21、称取乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，升温75℃搅拌1.5h，冷却；
S22、向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌30min，得到混合物料；
S23、混合物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉，双螺杆挤出机挤出温度为320℃，双螺杆挤出机螺杆转速为400rpm；
S3、喷砂处理，采用0.7Mpa洁净压缩空气对金属做喷砂处理，金刚砂粒度为60目，喷枪角度与制品表面夹角大于45度；
S4、喷涂粉料制备，称取碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉混合，在240MP压力下压制成块，在1350℃烧结，再球磨破碎制粒呈14nm的粉料，得到喷涂粉料；
S5、使用超音速等离子喷涂法，将喷涂粉料在处理后的金属上，得到涂层，离子喷涂设备喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；将待喷涂的工件固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行喷除，然后通入氢气进行喷涂，金属涂层厚度为0.4mm；
S6、涂层烧制，将涂层在高温电炉中烧成，保温，冷却即得金属涂层，高温电炉烧成后保温时长为2.5h，保温温度为700℃。
本发明通过称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机混合反应，加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌，用挤出机挤出造粒，粉碎，自制光滑粉加入到涂层粉料当中，极大的提升镀层的光滑程度，降低涂层的摩擦系数，使得涂层在摩擦过程中，降低涂层受到的摩擦力，从而提升涂层的使用寿命。本发明通过碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、作涂层配料，使得涂层的强度、韧性和超塑性大幅度提高。通过乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌得到混合物料，然后通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉加入到涂层粉料当中进行喷涂，提升形成涂层的表面硬度，极大的提升涂层的耐磨性能和防划性能。本发明极大的提升镀层的光滑程度，降低涂层的摩擦系数，使得涂层在摩擦过程中，降低涂层受到的摩擦力，从而提升涂层的使用寿命，制得增硬粉加入到涂层粉料当中进行喷涂，提升形成涂层的表面硬度，极大的提升涂层的耐磨性能和防划性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种耐磨金属涂层，其特征在于，包括碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉，所述光滑粉包括二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌、聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑和锰酸镍锂，所述增硬粉包括乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯、硅烷偶联剂和环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨金属涂层，其特征在于，所述包括以下重量份原料：碳化钨8-12份、纳米氧化铝6-11份、钛锡碳7-13份、二氧化硅9-13份、二氧化钛5-9份、纳米二氧化钍6-14份、光滑粉4-9份、增硬粉3-10份。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨金属涂层，其特征在于，所述增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡4-11份，二硼化钒5-9份、石墨烯6-13份、硅烷偶联剂2-8份、环氧树脂4-10份，优选地，所述增硬粉包括以下重量份原料：乙烯蜡6-9份，二硼化钒7-9份、石墨烯6-11份、硅烷偶联剂4-8份、环氧树脂5-10份。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨金属涂层，其特征在于，所述光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼5-11份、二烷基二硫代磷酸锌3-14份、聚氯乙烯6-9份、铁酸镍改性炭黑4-8份和锰酸镍锂5-10份，优选地，所述光滑粉包括以下重量份原料：二烷基二硫代磷酸硫化氧钼8、二烷基二硫代磷酸锌9份、聚氯乙烯8份、铁酸镍改性炭黑6份和锰酸镍锂7份。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨金属涂层，其特征在于，包括以下重量份原料：碳化钨10份、纳米氧化铝9份、钛锡碳10份、二氧化硅11份、二氧化钛7份、纳米二氧化钍10份、光滑粉7份、增硬粉7份。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的金属涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、光滑粉制备，包括以下步骤：
S11、称取聚氯乙烯、铁酸镍改性炭黑、锰酸镍锂入到高速混合机中，用高速混合机在温度175℃混合反应5min；
S12、加入二烷基二硫代磷酸硫化氧钼、二烷基二硫代磷酸锌混合搅拌30min；
S13、用挤出机在温度180℃挤出造粒，粉碎，得到光滑粉；
S2、增硬粉制备，包括以下步骤：
S21、称取乙烯蜡、二硼化钒、石墨烯依次加入反应釜，升温60-90℃搅拌1-2h，冷却；
S22、向反应釜中再计入硅烷偶联剂、环氧树脂进搅拌搅拌20-40min，得到混合物料；
S23、混合物料通过双螺杆挤出机挤出、造粒、干燥，粉碎制得增硬粉；
S3、喷砂处理，采用0.6-0.8Mpa洁净压缩空气对金属做喷砂处理，金刚砂粒度为40-80目，喷枪角度与制品表面夹角大于45度；
S4、喷涂粉料制备，称取碳化钨、纳米氧化铝、钛锡碳、二氧化硅、二氧化钛、纳米二氧化钍、光滑粉、增硬粉混合，在200-280MP压力下压制成块，在1300-1400℃烧结，再球磨破碎制粒呈12-15nm的粉料，得到喷涂粉料；
S5、使用超音速等离子喷涂法，将喷涂粉料在处理后的金属上，得到涂层；
S6、涂层烧制，将涂层在高温电炉中烧成，保温，冷却即得金属涂层。
7.根据权利要求6所述的金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤S5中，离子喷涂设备喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；将待喷涂的工件固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行喷除，然后通入氢气进行喷涂。
8.根据权利要求6所述的金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤S23中，双螺杆挤出机挤出温度为300-340℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300-500rpm。
9.根据权利要求6所述的金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤S5中，金属涂层厚度为0.3-0.5mm。
10.根据权利要求6所述的金属涂层的制备方法，其特征在于，步骤S6中，高温电炉烧成后保温时长为2-3h，保温温度为600-800℃。
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