CN113351372B

CN113351372B - 一种Zr基非晶涂层及其制备工艺和其在电净化中的应用

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Publication number: CN113351372B
Application number: CN202110633673.0A
Authority: CN
Inventors: 聂李慧; 张述文
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: CN113351372A

Abstract

本发明公开了一种Zr基非晶涂层及其制备工艺和其在电净化中的应用。其中，一种非晶涂层在电净化中的应用，所述非晶涂层为Zr基非晶涂层，该Zr基非晶涂层在电净化的环境中形成非晶‑纳米晶复合结构而提升力学性能。本发明不仅仅达到具有很好的防腐蚀功能；还能使清洁更加方便；并且，本发明的Zr基非晶涂层应用到在电净化中，能够在电净化环境中形成非晶‑纳米晶复合结构，进而提升材料的宏观力学性能。

Description

一种Zr基非晶涂层及其制备工艺和其在电净化中的应用

技术领域

本发明涉及非晶涂层领域，具体涉及一种Zr基非晶涂层及其制备工艺和其在电净化中的应用。

背景技术

电净化产品具有阻力小、压降低、使用寿命长、消杀病毒理想等诸多优点，在空气净化方面占有一席之地。但是金属集尘板在高压电场环境下面临水蒸气、微电流、臭氧、粉尘等多重腐蚀因素的严峻挑战，长期使用易发生电化学腐蚀等问题，加速破坏铝板表面的氧化层。

并且，随着灰尘粒子在材料表面破损处的沉积和扩散，使得铝板表面污垢难清洗，严重影响用户的使用感受。因此，在电净化产品中对传统集尘金属材料提出了更高的要求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服电净化环境中铝板表面氧化层易被腐蚀破坏的缺陷，从而提供有效解决上述问题的一种Zr基非晶涂层及其制备工艺和其在电净化中的应用。

一种非晶涂层在电净化中的应用，所述非晶涂层为Zr基非晶涂层，该Zr基非晶涂层在电净化的环境中形成非晶-纳米晶复合结构而提升力学性能。

所述电净化的环境由电净化产品生成；优选的，所述电净化产品为空气净化器。

所述Zr基非晶涂层应用在空气净化器的金属集尘板上。

所述Zr基非晶涂层的导电率处于(60-280)×10^-8Ω.m。

所述Zr基非晶涂层的显微硬度为7.6-9.8GPa，所述Zr基非晶涂层的杨氏模量为103.6-124.8GPa。

一种Zr基非晶涂层，包括以下原子摩尔百分数的原料：

Zr 66％，Cu 17.5％，Al 10.5％，Fe 6％。

一种Zr基非晶涂层的制备工艺，包括：

获取包含上述一种Zr基非晶涂层的原料组成的非晶粉末；采用高压冷喷涂方法将非晶粉末喷涂在基体表面形成涂层即可。

所述高压冷喷涂方法中采用的惰性保护气体为氮气；惰性保护气体的温度小于非晶粉末的玻璃化温度；所述基体的表面粗糙度Ra≤6.3。

所述非晶粉末的粒径为11-16μm；高压冷喷涂方法中的气体压力为5.5±0.5Mpa；高压冷喷涂方法中的喷涂温度为700K。

和/或，所述基体在进行喷涂之前先进行清洁。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明公开了一种非晶涂层在电净化中的应用，该应用中采用Zr基非晶涂层设置在电净化产品中，由于Zr基非晶涂层本身所具有耐腐蚀性能，将其在电净化中应用时，能够达到具有很好的防腐蚀功能；同时，在使用过程中由于非晶涂层表面性能，还能有效避免灰尘粒子在材料表面的沉积和扩散，使清洁更加方便；并且，该Zr基非晶涂层设置在电净化产品中时，不仅仅能够达到非晶涂层本身所具有的防腐蚀功能；其还具有优异的玻璃形成能力，能更加方便喷涂并形成大面积的涂层结构，便于制造；同时，由于其热力学性质不稳定的特性，该成分非晶涂层能够在外界能量影响下形成非晶-纳米晶复合结构，进而提升材料的宏观力学性能。也就是说在电净化这种电、热、等离子体复合的环境条件下，外界因素的影响有助于非晶涂层的强韧化，进而有望提高涂层的使用寿命；

因此，本发明中通过采用Zr基非晶涂层应用在电净化的环境中，可以呈现出典型的非晶-纳米晶复合结构，该结构中纳米晶的存在可以改善材料中剪切带的分支和走向，提升材料的塑性形变和屈服强度，满足电净化产品在实际使用中的力学要求。

2、本发明的应用中，进一步将Zr基非晶涂层应用在电净化产品的金属集尘板上，同时限制Zr基非晶涂层的导电率处于(60-280)×10^-8Ω.m，其不仅仅能够达到上述优异的耐腐蚀性能，还能避免灰尘粒子在材料表面破损处的沉积和扩散，使得表面污垢清洗更加容易；并且可以保证金属集尘板的集尘功能，效果显著。

3、本发明提供了一种Zr基非晶涂层，该Zr基非晶涂层包括以下原子摩尔百分数的原料：Zr 66％，Cu 17.5％，Al 10.5％，Fe 6％；通过上述Zr基非晶涂层的原料的优化，进一步显著提高其表面力学性能，将显微硬度提高到7.6-9.8GPa、将杨氏模量提高到103.6-124.8GPa；该硬度和杨氏模量分别影响材料的耐磨性能和刚度，涂层性能得到提升意味着在保持原有使用性能的条件下，可以减薄基体的厚度，节约材料成本。

4、本发明提供了一种Zr基非晶涂层的制备工艺，通过原料成分配比和工艺条件的共同优化，可以有效在基体表面形成大面积的非晶涂层；其中，原料成分配比的优化可以使玻璃化转变温度达638K，因此，便于采用高压冷喷涂技术进行喷涂处理；通过工艺参数的优化，可以在大面积范围内实现Zr基非晶涂层的成型，而且可以使成型后的涂层与基体之间结合更加紧密。

5、本发明采用的Zr基非晶涂层在动电位极化曲线中具有明显的自钝化行为，意味着该非晶涂层具有十分稳定的钝化膜；同时根据极化曲线表现出优异的耐腐蚀性能，能够对抗电净化环境中面临的多重腐蚀因素，耐腐蚀效果和耐磨损效果均十分显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中Zr基非晶涂层的微观结构；图(a)为XRD图谱，图(b)为涂层的选区衍射图案及低倍数下的明场像，图(c)为高分辨电子衍射图；通过图(a)-(c)均表明制备的Zr基涂层为非晶态。

图2是本发明实施例1中Zr基非晶涂层的纳米压痕测试中的显微硬度结果图。

图3为本发明实施例1中Zr基非晶涂层的纳米压痕测试中的杨氏模量结果图。

图4是本发明实施例1中Zr基非晶涂层的在电净化环境下拍摄的TEM图；其中，插图为选区衍射图案，主图为高分辨电子透射图。

图5是本发明实施例1中Zr基非晶涂层的在模拟海水中的动电位极化曲线图。

图6本发明对比例1中Fe基非晶涂层的在电净化环境下拍摄的TEM图；其中，插图为选区衍射图案，主图为高分辨电子透射图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

一种Zr基非晶涂层，包括以下原子摩尔百分数的原料：Zr 66％，Cu 17.5％，Al10.5％，Fe 6％。

该Zr基非晶涂层的制备过程如下：

选用Zr(99.99％)、Cu(99.99％)、Al(99.99％)、Fe(99.99％)四种元素，配比成原子比为Zr66％、Cu17.5％、Al10.5％、Fe6％的非晶粉末，该非晶粉末的粒径为11-16μm，该成分非晶具有较强的玻璃形成能力，便于非晶涂层的制备。

使用尺寸为90mm×37mm×0.8mm的铝板作为基体，首先用酒精清洗基体表面的污渍和锈蚀点，清除表面粘附的有机物，防止残留的污染物影响涂层和基体材料的结合。然后，使用喷丸技术对基体表面进行粗化处理，使基体的表面粗糙度Ra≤6.3，增加涂层和基体的结合力。

在惰性保护气体N₂的氛围中，加热气体温度为700K，在非晶粉末未晶化的条件下，使用高压冷喷涂系统，在气体压力为5.5Mpa的情况下，制备出Zr基非晶涂层。

利用差示扫描量热仪(DSC)检测非晶涂层的玻璃化转变温度Tg、晶化初始温度Tx和晶化峰值温度Tp，经过检测得知，本实施例的Zr基非晶涂层的玻璃化转变温度Tg可达638K，晶化初始温度Tx可达723K，晶化峰值温度Tp可达735K。通过该检测结果可以明确非晶涂层的热物理性质，便于选定合适的喷涂温度。

采用XRD检测制备后Zr基非晶涂层的结构状态，检验有无发生晶化，如图1所示。使用纳米压痕仪在涂层表面选取等距分布的测试点测量涂层表面的显微硬度和杨氏模量，检测结果如图2和图3所示。通过图2和图3所示，本实施例中的Zr基非晶涂层的显微硬度为7.6-9.8GPa，相比铝板提升了两个量级；杨氏模量在103.6-124.8GPa之间变化，较铝板也有30-50GPa的提升。硬度和杨氏模量分别影响材料的耐磨性能和刚度，涂层性能得到提升意味着在保持原有使用性能的条件下，可以减薄基材的厚度，节约材料成本。

实施例2

一种Zr基非晶涂层在电净化中的应用，采用实施例1中制备得到的Zr基非晶涂层进行电净化环境试验，具体如下：

本发明采用实施例1中的Zr基非晶涂层在电净化环境下拍摄TEM图。电净化环境的温度25℃±2，湿度50％±10左右，整机臭氧含量控制在500ppb以内，微电流在mA级别范围变化，稳定时大约为0.1mA,在30m³净化实验舱内选用香烟颗粒进行CADR测试，粒径范围为0.09-1μm。拍摄得到的TEM图如图4所示。通过该图4中的TEM图可知，图4插图为选区衍射图案，由半径不同的同心圆环和斑驳的衍射点组成，表明非晶涂层内部出现部分晶化；高分辨投射图中也可以观察到部分晶化现象，其中深色区为纳米晶，浅灰色为非晶基底，呈现出典型的非晶-纳米晶复合结构。该结构中纳米晶的存在可以改善材料中剪切带的分支和走向，提升材料的塑性形变和屈服强度，满足实际使用中的力学要求。

同时，本实施例中还测试了该Zr基非晶涂层在模拟海水中的动电位极化曲线。电化学极化曲线可以表征材料在酸、碱、盐等强腐蚀环境中的电化学腐蚀行为。电化学极化曲线具体测试过程为：实验仪器选用电化学工作站，参比电极为汞-甘汞，使其作为阴极进行活化，测试溶液为3.5％wt的NaCl溶液，溶液温度为37℃，将试样作为一个电极，导线和参比电极以及溶液组成完整电路，实验浸泡时间为30min，待开路电位稳定后，记录相应的电压和电流值。检测得到的动电位极化曲线如图5所示，由图5可知，Al的腐蚀电位(-0.62V)高于Zr基非晶涂层的腐蚀电位(-0.38V)，也就是说，涂层的腐蚀电阻大于Al的腐蚀电阻，说明非晶涂层具有较强的耐腐蚀性能。通过该动电位极化曲线可知，Zr基非晶涂层具有明显的自钝化行为，意味着该非晶涂层具有十分稳定的钝化膜，因此，Zr基非晶涂层表现出优异的耐腐蚀性能，能够对抗电净化环境中面临的多重腐蚀因素。

对比例1

一种Fe基非晶涂层，包括以下原子摩尔百分数的原料：Fe 49.6％，Cr 15％，Mo14％，Y 0.5％，C 15％，B 6％。

该Fe基非晶涂层的制备过程与实施例1基本相同，区别仅仅在于：非晶粉末的粒径不同，该非晶粉末的粒径≤45μm；高压冷喷涂系统中的条件不同，高压冷喷涂系统中的加热气体温度为300℃，气体压力为5Mpa，其他均与实施例1相同。

采用本对比例1制备得到的Fe基非晶涂层在实施例2中的电净化环境中进行检测，该Fe基非晶涂层在电净化环境中使用前后均保持为典型的非晶结构，电净化环境中使用后其选区电子衍射图和高分辨透射图如图6所示。其中，选区衍射呈现出明亮的光晕，高分辨透射图中未发现晶格结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种非晶涂层在电净化中的应用，其特征在于，所述非晶涂层为Zr基非晶涂层，该Zr基非晶涂层在电净化的环境中形成非晶-纳米晶复合结构而提升力学性能；

所述Zr基非晶涂层包括以下原子摩尔百分数的原料：Zr 66%，Cu 17.5%，Al 10.5%，Fe6%。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述电净化的环境由电净化产品形成；所述电净化产品为空气净化器。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述Zr基非晶涂层应用在空气净化器的金属集尘板上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述Zr基非晶涂层的导电率为（60-280）×10^-8 Ω.m。

5.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述Zr基非晶涂层的显微硬度为7.6-9.8 GPa，所述Zr基非晶涂层的杨氏模量为103.6-124.8 GPa。

6.一种在电净化的环境中应用的Zr基非晶涂层，其特征在于，包括以下原子摩尔百分数的原料：

Zr 66%，Cu 17.5%，Al 10.5%，Fe 6%；该Zr基非晶涂层在电净化的环境中形成非晶-纳米晶复合结构而提升力学性能。

7.一种Zr基非晶涂层的制备工艺，其特征在于，包括：

获取包含如权利要求6所述的一种在电净化的环境中应用的Zr基非晶涂层的原料组成的非晶粉末；采用高压冷喷涂方法将非晶粉末喷涂在基体表面形成涂层即可。

8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述高压冷喷涂方法中采用的惰性保护气体为氮气；惰性保护气体的温度小于非晶粉末的玻璃化温度；所述基体的表面粗糙度Ra≤ 6.3。

9.根据权利要求7或8所述的制备工艺，其特征在于，所述非晶粉末的粒径为11-16 μm；高压冷喷涂方法中的气体压力为5.5±0.5Mpa；高压冷喷涂方法中的喷涂温度为700K。

10.根据权利要求7-8任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述基体在进行喷涂之前先进行清洁。