CN115521707A - 一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法 - Google Patents

一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钕铁硼材料用甩带炉铜辊的表面强化技术领域,具体涉及到一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法。一种甩带炉铜辊表面涂层包括金属陶瓷涂层，包括硅胶涂层，硅胶涂层由硅酸酯与水反应水解制得，由于硅胶涂层中‑Si‑O‑的网络结构具有一定的弹性及伸缩性，使涂层较好的抗冷热疲劳性能；甩带炉铜辊表面涂层还包括金属陶瓷涂层，金属陶瓷涂层包括Ni、Gr、Mo、W、Nb、Si、B、C及Zr元素；硅胶涂层涂覆在金属陶瓷涂层可以缓解各金属及陶瓷成分热膨胀造成的涂层膨胀，进而缓减因热膨胀差异造成的涂层的脱落，金属陶瓷涂层对硅胶涂层进行支撑，减弱热冲击对硅胶涂层的损伤，从而提高了铜辊涂层抗冷热疲劳性能，进而有效防护铜辊。

Description

一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于钕铁硼材料用甩带炉铜辊的表面强化技术领域,具体涉及到一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法。
背景技术
甩带炉铜辊是钕铁硼材料生产线上的关键部件,原理是甩带炉内部采用通水冷却结构,当钛铁硼的高温熔融物料浇注到铜辊表面时,在铜辊快速转动及通水冷却作用下,高温熔融物料将快速凝固并成片状,再经后续破碎制成钕铁硼薄片由于铜辊表面与高温熔融物料接触,内部通水冷却,在铜辊表面和内部存在较大的温度梯度,造成极大的冷热疲劳作用。通常情况下,铜辊使用40-50炉,表面将出现严重龟裂,高温物料渗入裂纹造成辊面积瘤,后续生产中要不断清理辗面瘤块,严重降低了生产效率。当龟裂到一定程度,影响到产品质量时,就要将龟裂层铲掉再重新使用,造成巨大的材料消耗,增加了企业生产成本。
发明内容
为了提高甩带炉铜辊的抗冷热疲劳性能,本申请提供一种甩带炉铜辊涂层及其制备方法。
本申请提供的一种甩带炉铜辊表面涂层采用如下的技术方案：
一种甩带炉铜辊表面涂层包括硅胶涂层，所述硅胶涂层包括硅酸酯及水，所述硅酸酯及水的反应用酸性催化剂进行催化，所述硅酸酯与水的摩尔比为1：(2.5-3.5)。
通过采用上述技术方案，当硅胶涂层涂覆于甩带炉铜辊表面时，酸性催化剂催化硅酸酯与水发生水解反应并形成硅胶聚合物薄膜，该硅胶聚合物薄膜以二氧化硅为主，具有由-Si-O-键组成的网络结构。
由于铜元素的化学性质活泼，铜易与-Si-O-键中的氧元素发生化学作用力，进而使-Si-O-键形成的涂层浸润铜辊表面获得比铜辊表面张力低的表面张力，从而使SiO2为主的薄膜稳定的附在铜辊表面，也有效的隔离空气中的氧气与铜辊接触及避免高温溶体直接与铜辊接触。
因为SiO2的高熔点，耐高温，且涂层中硅胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，从而使得硅胶涂层有一定伸缩性，使得涂层较好的抗冷热疲劳性能。
反应中使用酸性作为催化剂，调节水与硅酸酯的反应速度，调整成膜速度以及硅胶涂层中硅胶的形态。
优选的，所述硅胶涂层还包括氟化石墨烯，所述氟化石墨烯的是以氟化石墨烯-乙醇的分散液的形式添加。
通过采用上述技术方案，由于硅元素的导热性差，导致硅胶涂层导热性差，而氟化石墨烯具有优异的导热性能，在硅胶涂层中添加氟化石墨烯，从而增加硅胶涂层的导热性能。
相对于采用其他导热性能的物质，采用氟化石墨烯，保持石墨烯良好导热性能的同时，氟化后提高石墨烯的极性，由于氟元素与金属元素有强的电子吸附力，在硅胶涂层中添加氟化石墨烯从而提升硅胶涂层与金属基层或者金属涂层之间的结合力。
乙醇用于分散氟化石墨烯，进而提高氟化石墨烯在涂层中的分散度。
优选的，所述硅酸酯与氟化石墨烯的摩尔比为1：(0.2-0.35)，所述硅酸酯与乙醇的摩尔比为1：(5-9)。
通过采用上述技术方案，适量的氟化石墨烯的添加有利于增强硅胶涂层与金属陶瓷涂层之间的结合力，而过量的氟化石墨烯在硅胶聚合物中会团聚严重，导致硅胶涂层的强度下降。
反应组分中乙醇作为反应的溶剂，调节水与硅酸酯的浓度，因为硅酸酯与水是不相溶，乙醇可以促进硅酸酯与水的接触面积概率，同时乙醇的添加影响硅酸酯与水的浓度，乙醇中硅酸酯与水的浓度太小，硅酸酯与水的接触面积概率也会变小，进而影响水与硅酸酯的反应速度，因此，通过调节乙醇的添加量调节水与硅酸酯的反应速度。另外，反应中乙醇的添加量影响成膜的质量，乙醇添加太多在硅胶涂层成膜的时候没有及时挥发，会导致成膜后硅胶涂层中-Si-O-与-Si-O-之间存在空隙，导致硅胶涂层的强度降低。
优选的，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯三者中的一种或者几种。
通过采用上述技术方案，不同的硅酸酯连接有不同的烷基，烷基的链的长短、结构等都影响硅酸酯与水的水解反应速度，水解反应速度与硅胶涂层的成膜性。水解速度：正硅酸甲酯＞正硅酸乙酯＞正硅酸丙酯，正硅酸甲酯与水的反应速度太快，反应过程不易控制，容易引起反应不均，导致部分硅胶聚合物聚合过度，造成团聚；正硅酸丙酯的烷基链比较长，长的烷基链不利于水与正硅酸丙酯中的硅元素相遇，对正硅酸丙酯的水解有一定的阻碍作用，另外正硅酸丙酯的长的烷基链可能会引起正硅酸丙酯水解不完全，导致正硅酸丙酯的水解度不足，从水解速度及硅酸酯与水结合的位阻方面考虑，正硅酸乙酯是水解反应的优选。
可选的，甩带炉铜辊表面涂层还包括金属陶瓷涂层，所述金属陶瓷涂层包括以下重量份的原料：Ni：40-60份、Gr:5-10份、Mo:12-18份、W:2-4份、Nb:3-5份、Si:0.03-0.08份、B:0.5-1份及C:0.03-0.08份。
通过采用上述技术方案，当硅胶涂层涂覆铜辊表面上，由于硅胶涂层中的-Si-O-键在钕铁硼熔融物的热冲击下容易断裂，导致硅胶涂层在反复热震动的作用下，容易损伤及发生脱落，造成硅胶涂层防护周期短。在硅胶涂层与铜辊之间另外设置金属陶瓷涂层，金属陶瓷涂层在热冲击下发生膨胀，金属陶瓷涂层对硅胶涂层进行支撑，减弱热冲击对硅胶涂层的损伤，从而提高了硅胶涂层抗冷热疲劳性能，进而有效防护铜辊。
金属陶瓷涂层的无机混合物在高温熔融的状态下在形成金属陶瓷涂层，陶瓷和金属的混合涂层可以减少陶瓷和金属基质之间的热膨胀差异,选用镍基混合层，镍为抗氧化组分，涂层中的镍在空气中氧化形成氧化涂层，附在铜辊上形成一个防护层，进而将氧气与铜辊进行隔离，起到对铜辊进行防护的效果。添加Gr、Mo、W、Nb等难熔元素，通过固溶强化作用，提高涂层的强度，同时提高涂层的耐磨性能和抗冷热疲劳性能。
在铜辊上面熔覆金属涂层，由于金属涂层与铜辊的热膨胀系数相差大，导致铜辊表面的涂层在冷热疲劳多次作用下，金属涂层容易脱落，对铜辊的有效防护周期不长。尽管金属涂层中添加陶瓷成分，但是各金属成分与陶瓷成分之间以及铜辊与金属陶瓷涂层之间的热膨胀系数的差异仍难以消除，而且各金属及陶瓷都属于刚性材料，在冷热疲劳多次作用下，金属陶瓷涂层容易脱落。硅胶涂层涂覆在金属陶瓷涂层可以缓解各金属及陶瓷元素热膨胀造成的涂层膨胀，进而缓减因热膨胀差异造成的涂层的脱落，延长涂层对铜辊的防护周期，进而涂层的抗冷热性能提升。
优选的，所述金属陶瓷涂层还包括Zr；3-8份，各元素的份数是按照重量计算。
通过采用上述技术方案，上述金属陶瓷涂层中添加锆，锆为抗氧化组分可防护铜辊，减少因氧化而产生铜辊龟裂，另外，锆的化学性质活泼容易被氧化及与氧亲和的性能，可以提高金属陶瓷涂层与其它涂层或者涂覆基材之间的结合力。
优选的，所述硅胶涂层的厚度为0.06-0.1mm。
通过采用上述技术方案，硅胶涂层太薄硅胶的网络弹性结构不足，防护效果差；硅胶涂层太厚乙醇容易在涂层内部形成微小的气泡，微小气泡在升温加热过程中破裂，导致涂层的抗冷热疲劳性能变差。金属陶瓷涂层的厚度为0.3-0.7mm比较合适，金属陶瓷涂层厚度小于0.3mm，金属陶瓷涂层厚度太薄不能有效的将铜辊包覆，防护性能差；金属陶瓷涂层的厚度大于0.7mm，金属陶瓷涂层太厚会导致涂层的成本会上升。
优选的，硅胶涂层制备：将硅酸酯及水混合反应，在酸的催化下加热制得硅胶聚合物，将硅胶聚合物喷涂在甩带炉铜辊表面，在150-200℃条件下固化,形成薄膜状硅胶涂层。
通过采用上述技术方案，在铜辊表面通过溶胶-凝胶法形成一层硅胶涂层。在酸性催化剂的催化下，水与硅酸酯的水解反应平稳进行，避免反应过快导致硅胶聚合物过度聚合，造成硅胶颗粒过大，进而影响硅胶膜的质量。
硅胶膜的固化温度过高，硅胶涂层表面的成膜太快，导致涂层里面的乙醇没有及时完全挥发，固化温度太低也可能导致涂层中的乙醇挥发慢，残留在涂层中，涂层中的乙醇形成微小的气泡，微小气泡在升温加热过程中破裂，导致涂层的抗冷热疲劳性能变差，进而导致对铜辊的防护性能变差。
优选的，一项所述甩带炉铜辊表面涂层的制备方法，
金属陶瓷涂层制备：将Ni、Gr、Mo、W、Nb、Si、B及C进行混合，得到无机混合物，利用激光熔覆法将金属陶瓷涂层的无机混合物熔覆在铜辊上，形成金属陶瓷涂层；
硅胶涂层制备：将水加入硅酸酯中，在酸的催化下加热制得硅胶聚合物，将硅胶聚合物喷涂在熔覆有金属陶瓷涂层在铜辊上，在150-200℃温度下固化,形成硅胶涂层薄膜。
通过采用上述技术方案，金属陶瓷涂层采用激光熔覆法对将金属陶瓷原料熔融物高温喷涂到铜辊上，并在铜辊上形成了铜辊与金属陶瓷涂层的过渡层，金属陶瓷涂层与铜辊之间有较强的结合力。由于硅胶涂层加金属陶瓷涂层构成的复合涂层与铜辊之间不存在金属陶瓷涂层与铜辊之间的过渡层，结合力相对较差。
另外，铜辊及金属陶瓷涂层之间的因热膨胀系数差异存在造成金属陶涂层的抗冷热疲劳能力下降。由于硅胶涂层涂覆在金属陶瓷涂层与铜辊之间，硅胶涂层对金属陶瓷涂层因热膨胀系数差异存在造成金属陶涂层的抗冷热疲劳能力下降的补强性能有限。
因此，在金属陶瓷涂层上涂覆一层硅胶涂层，硅胶涂层中的涂层中硅胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，硅胶涂层附在金属陶瓷涂层上面，可以抵消一部分金属陶瓷涂层之间因为热膨胀系数不同而引起的涂层内的应力，使金属陶瓷涂的抗冷热疲劳性能提升，金属陶瓷涂层的防护周期延长，进而提升整个涂层的抗冷热疲劳性能。
金属陶瓷涂层的热膨胀可以减少冷热冲击对硅胶涂层中-Si-O-网络结构的震动损伤，进而起到保护硅胶涂层，提升硅胶涂层的防护周期。
金属陶瓷涂层及硅胶涂层的涂层之间的协同作用，金属陶瓷涂层及硅胶涂层复合不仅使涂层具有金属材料的强度及陶瓷材料的硬度，还具有硅胶涂网络型结构的弹性，提升了硅胶涂层的防护周期，进而使得涂层的抗冷热疲劳性能明显提升。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用硅酸酯与水发生水解反应生成硅胶聚合物，由于SiO2的高熔点，耐高温，且涂层中硅溶胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，从而使得硅胶涂层有一定伸缩性，使得涂层较好的抗冷热疲劳性能。
2、本申请中采用在硅胶涂层添加氟化石墨烯，改善硅胶涂层的导热性能，及提高硅胶涂层与金属陶瓷涂层之间的结合力。
3、由于本申请，在铜辊表面熔覆金属陶瓷涂层后，通过溶胶-凝胶法在金属陶瓷涂层上形成一层硅胶涂层，采用硅酸酯与水发生水解反应生成硅胶聚合物。金属陶瓷涂层及硅胶涂层的涂层之间的协同作用，金属陶瓷涂层及硅胶涂层复合不仅使涂层具有金属材料的强度及陶瓷材料的硬度，还具有硅胶涂网络型结构的弹性，提升了硅胶涂层的防护周期，进而使得涂层的抗冷热疲劳性能明显提升。
具体实施方式
原料：硅酸乙酯28(CAS:78-10-4)、盐酸水溶液(浓度38wt％)、氟化石墨烯粉末(平均粒径20μm，平均含氟含量50wt％)。
实施例
实施例1
一种甩带炉铜辊表面涂层包括硅胶涂层，硅胶涂层由正硅酸乙酯与纯净水水解制得，无水乙醇为溶剂，盐酸水溶液为催化剂，正硅酸乙酯、纯净水及无水乙醇的摩尔比为1:2:7。
硅胶涂层的制备工艺包括以下步骤：
将正硅酸酯和无水乙醇的一半加入锥形瓶中,在带有加热功能的磁力搅拌器上搅拌0.5h,控制溶液温度为55℃,然后将纯净水和另一半无水乙醇及盐酸水溶液催化剂慢慢加入锥形瓶内，调节PH值为3，继续搅拌得到透明的硅胶溶液,将所得硅胶溶液室温静置24h得到硅胶聚合物。
在喷砂机上将铜片试样块的表面喷砂毛化处理,铜片试样块表面的粗糙度Ra5um。在硅胶聚合物既不成团积聚,也不成股流下的情况下，利用手动式喷涂机将硅胶聚合物喷涂在经毛化处理后的铜片试样块的表面上，在将其放入通风橱中室温放置1h后，放入箱式电阻炉中以170℃煅烧20min固化,并形成硅胶涂层，固化成膜后硅胶涂层的厚度为0.08mm。硅胶涂层的厚度通过多次涂覆的方式进行控制，直到干燥后的厚度达到设定值。
实施例2-9
与实施例1的区别在于：正硅酸乙酯、纯净水及无水乙醇的摩尔比有所不同，具体如表1所示：
表1实施例1-9参数列表
Figure BDA0003856487980000061
实施例10
与实施例4的区别在于：硅胶聚合物的制备过程中正硅酸乙酯与水直接水解，没有添加无水乙醇。
实施例11
与实施例4的区别在于：硅胶聚合物的制备过程中正硅酸乙酯更换为正硅酸甲酯。
实施例12
与实施例4的区别在于：硅胶聚合物的制备过程中正硅酸乙酯更换为正硅酸丙酯。
实施例13-17
与实施例4的区别在于：在溶胶聚合物制备过程中添加不同摩尔比的氟化石墨烯，具体如表2所示，氟化石墨烯方式的添加步骤如下：
将氟化石墨烯与乙醇的三分之一混合，在60℃下回流加热2h,并不断搅拌，待溶液冷却至室温后放入超声波清洗机中超声分散3h，超声功率为300W，制备成氟化石墨烯-乙醇分散液。
将正硅酸酯和无水乙醇的三分之一加入锥形瓶中,用带有加热功能的磁力搅拌器进行搅拌,搅拌中慢慢加入氟化石墨烯分散液，搅拌0.5h，控制溶液温度为55℃,然后将纯净水和三分之一的无水乙醇溶液及盐酸水溶液慢慢加入锥形瓶内，此时的溶液PH值为3，继续搅拌得到透明的硅胶溶液,将所得硅胶溶液室温静置24h。
表2实施例13-17参数列表
Figure BDA0003856487980000062
实施例18
与实施例15的区别之处在于，还包括金属陶瓷涂层。
金属陶瓷涂层的原料重量配比如下：
Ni：300g、Gr：30g、Mo：60g、W：10g、Nb：20g、Si：0.1g、B：12g、C：0.1g，甩带炉铜辊的涂层的制备过程如下：
S1：在喷砂机上将铜片试样块的表面喷砂毛化处理,铜片试样块的表面粗糙度Ra5um；将Ni、Gr、Mo、W、Nb、Si、B及C原料进行搅拌，100℃烘箱，放置5h；调整CO2激光器功率为4000W,激光速宽为2mm，激光的熔覆速度为500mm/min,激光搭接率为50％,采用同步送粉法，即在激光扫描加热铜片试样块的同时，直接将熔融的金属陶瓷涂层的原料送到铜片试样块体表面，进而将金属陶瓷涂层熔覆在铜片试样块上，在铜片试样块上熔覆金属陶瓷的涂层厚度为0.5mm。
S2:将硅胶聚合物，在既不成团积聚,也不成股流下的情况下，利用手动式喷涂机将涂料喷涂在铜片试样块表面的金属陶瓷涂层上，在将其放入通风橱中室温放置1h后，放入箱式电阻炉中以170℃煅烧20min固化,并形成硅胶涂层，固化成膜后硅胶涂层的厚度为0.08mm。硅胶涂层的厚度通过多次涂覆的方式进行控制，直到干燥后的厚度达到设定值。
实施例19-22
与实施例18的区别在于，Ni、Gr、Mo、W、Nb、Si、B及C的质量配比不同，具体如表3所示：
表3实施例18-22参数列表
区分 实施例18 实施例19 实施例20 实施例21 实施例22
Ni/g 300 400 500 600 700
Gr/g 30 50 80 100 120
Mo/g 210 180 140 90 60
W/g 10 40 30 20 50
Nb/g 20 30 40 50 60
Si/g 0.1 0.3 0.5 0.8 1
B/g 12 5 8 10 3
C/g 0.1 0.3 0.5 0.8 1.0
实施例23
与实施例20的区别之处在于，金属陶瓷涂层的原料重量配比如下：
Ni：500g、Gr：80g、Mo：140g、W：30g、Nb：40g、Si：0.5g、B：8g、C：0.5g、Zr:10g。
实施例24-27
与实施例23的区别在于：金属陶瓷涂层原料中添加了不同质量的Zr，具体如表4所示：
表4实施例23-27参数列表
区分 实施例23 实施例24 实施例25 实施例26 实施例27
Zr/g 10 30 50 80 110
实施例28-31
与实施例25的区别在于：在制备硅胶涂层的中，硅胶涂层的厚度不同，具体如表5所示：
表5实施例28-31参数列表
区分 实施例25 实施例28 实施例29 实施例30 实施例31
硅胶涂层厚度/mm 0.5 0.1 0.3 0.7 0.9
实施例32-35
与实施例25的区别在于：在制备硅胶涂层的中，硅胶涂层的固化温度不同，具体如表6所示：
表6实施例32-35参数列表
区分 实施例25 实施例32 实施例33 实施例34 实施例35
固化温度/℃ 170 130 150 200 220
实施例36
与实施例25的区别在于：在硅胶涂层制备过程中，氟化石墨烯以粉末的形式添加至正硅酸酯和无水乙醇的三分之二的混合物中。
实施例37
与实施例25的区别在于：在铜片试样块涂覆涂层的顺序不同，先通过S2步骤在铜片试样块表面涂覆硅胶涂层，然后通过S1步骤在硅胶涂层表面熔覆金属陶瓷涂层。
对比例
对比例1与实施例1的区别在于：将铜片试样块的表面喷砂毛化处理,铜片试样块表面粗糙度Ra5um后，不进行表面涂覆涂层，直接进行实验。
对比例2，与实施例25的区别在于：将铜片试样块的表面喷砂毛化处理,铜片试样块表面粗糙度Ra5um后，进行金属陶瓷涂层后，不进行涂覆硅胶涂层。
性能检测试验
抗冷热疲劳试验:
试验对象:实施例1-35和对比例1-2，一共37组试验样品，实验结果为N＝3的平均值。
试验方法:涂层的冷热疲劳性能测试采用高温试样水淬法完成。采用样品放入900℃的高温炉中,放置时间10分钟,然后迅速水淬30秒,每循环1次作为1次热疲劳试验，当涂层和铜片试样块表面出现裂纹后,试验停止。
表7抗冷热疲劳性能次数结果
Figure BDA0003856487980000091
Figure BDA0003856487980000101
结合并结合实施例1-9及对比例1和表7可以看出，在铜片试样块的表面涂覆硅胶涂层后，铜辊的抗冷热疲劳性能提高，可能是因为铜片试样块涂覆硅胶涂层后有效地将铜片试样块与氧气隔离，防止了铜片试样块表面的热氧化，另一方面，硅胶涂层具有SiO2的高熔点，耐高温，且涂层中硅溶胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，从而使得硅胶涂层有一定伸缩性，使得硅胶涂层有较好适应性，对铜片试样块防护周期长，从而提升铜片试样块的抗冷热疲劳性能。
因为SiO2的高熔点，耐高温，且涂层中硅胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，从而使得硅胶涂层有一定伸缩性，使得涂层较好的抗冷热疲劳性能。
结合并结合实施例1-9和表7可以看出，采用硅酸酯与水反应并在铜片试样块上生成硅胶涂层，硅胶涂层具良好的抗冷热疲劳性能，可能是因为硅酸酯与水反应生成-Si-O-键与铜片试样块良好的附着能力，SiO2的高熔点，耐高温，且涂层中硅溶胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，从而使得硅胶涂层有一定伸缩性，使得涂层较好的抗冷热疲劳性能。
硅酸酯与水的摩尔比为1：(2.5-3.5)时硅胶涂层的抗冷热性能突出，可能是因为在这个范围中生成物中SiO2以及硅溶胶的比例合适，两者性能互补；当硅酸酯与水的摩尔比小于1：(2.5-3.5)，硅酸酯未充分水解，反应物中以Si(OR)3OH为主，形成的硅胶涂层-Si-O-的网络结构及SiO2结构都比较少，涂层的强度差及弹性不足，抗冷热疲劳性能差；当硅酸酯与水的摩尔比大于1：(2-3.5)即等于4时，硅酸酯充分水解，形成的硅胶涂层,在高温下生成SiO2，结构比较单一，导致抗冷热疲劳性能下降。
硅酸酯与乙醇的摩尔比为1：(5-9)时硅胶涂层的抗冷热性能突出，硅酸酯为有机物与水不溶，硅酸酯与水的反应阻力比较大。硅酸酯溶于乙醇，硅酸酯与水的反应中乙醇作为溶剂，促使硅酸酯与水解进行反应。当硅酸酯与乙醇的摩尔比大于1:5时，可能是因为乙醇的量不足导致，乙醇没有充分促使硅酸酯与水的结合并发生水解，反应速度及反应程度受到限制，导致反应不足，涂层的强度及抗冷热性能差；当硅酸酯与乙醇的摩尔比小于1:9时，导致乙醇中的硅酸酯与水的浓度太低，导致硅酸酯与水相遇并发生反应的概率变小，可能导致反应中，硅酸酯与水的反应不足，另外，涂层中的乙醇太多，没有充分挥发到涂层外，会导致成膜后硅胶涂层中-Si-O-与-Si-O-之间存在空隙，导致硅胶涂层的强度降低，进而引起硅胶涂层的抗冷热疲劳性能变差。
结合实施例4及实施例10及表7可以看出，硅酸酯与水反应的反应中没有添加乙醇作为溶剂，制得的硅胶涂层的抗冷热性能较差，可能就是因为硅酸酯与水不互溶，硅酸酯中的硅与水结合困难，导致的硅酸酯水解不足，进而导致硅胶涂层抗冷热性能差。
结合表1的实施例4及实施例11-12及表7可以看出，制备硅胶涂层，使用的硅酸酯有正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸丙酯，不同的硅酸酯的烷基不同，烷基越大水与硅酸酯的结合的阻力越大。正硅酸甲酯制备的硅胶涂层的抗冷热性能差可能是因为正硅酸甲酯的反应速度较快，引起涂层反应不均，硅胶聚合物的分子量分布差异大，导致涂层的抗冷热性能差。正硅酸丙酯反应制得的硅胶涂层抗冷热性能差可能是因为正硅酸丙酯的烷基位阻大导致正硅酸丙酯水解不足，硅胶涂层中未反应的正硅酸丙酯及水较多，涂层高温固化后，导致硅胶涂层空隙较多，强度不足，抗冷热性变差。
结合实施例13-17及实施例36和表7可以看出，在硅胶涂层中添加适量的氟化石墨烯有利于提高涂层的抗冷热疲劳性能好，可能原因是因为添加石墨烯可以改善硅胶涂层中的热传导性能，以及提高硅胶涂层与金属陶瓷涂层之间的界面结合力。另外，氟化石墨烯的添加量太多可能会引起氟化石墨烯团聚及分散不均，进而导致硅胶涂层的强度变差及与金属陶瓷涂层的界面结合力变差，进而导致整个涂层的抗冷热性能变差。本申请中硅酸酯与氟化石墨烯的摩尔比为1：(0.2-0.35)比较合适。
结合实施例18-22及表7可以看出，金属陶瓷涂层的范围在Ni：40-60份、Gr:5-10份、Mo:12-18份、W:2-4份、Nb:3-5份、Si:0.03-0.08份、B:0.5-1份，C:0.03-0.08的份数范围内，金属陶瓷涂层-硅胶涂层的抗冷热疲劳性能好比较好，可能是因为在上述范围中金属陶瓷涂层中的金属及金属陶瓷的颗粒的比例合适，协同效应更好，涂层中的极冷极热的情况下，涂层中应力较小。
结合实施例23-27和表7可以看出，金属陶瓷涂层中添加锆元素，有利于提高硅胶涂层金属陶瓷涂层的抗冷热疲劳性能，可能因为是锆元素的化学性质活泼，并且容易与氧发生化学反应，添加到涂层中有利于金属陶瓷涂层与-Si-O-中的氧元素的作用力，从而提高涂层的硅胶涂层-金属陶瓷涂层的抗冷热疲劳性能。锆的热膨胀系数低，添加超量会造成与其他金属陶瓷成分的应力大，另外，锆元素添加太多不利于铜片试样块与钕铁硼磁体的热交换，本申请中Zr重量份为3-8份比较合适。
结合实施例28-31及实施例25和表7可以看出，硅胶涂层的厚度为0.3-0.7mm比较合适，硅胶涂层小于0.3mm时，对金属陶瓷涂层的防护不足，硅胶涂层大于0.7mm时，硅胶涂层中可能乙醇残留比较多，导致固化后硅胶涂层中空隙太多，导致涂层的抗冷热性能变差。
结合实施例32-35及实施例25和表7可以看出，硅胶涂层的固化温度150-200℃比较合适，固化温度低于150℃可能是因为涂层中的乙醇挥发不足，固化温度高于200℃可能是因为硅胶涂层的表面涂层干燥太快，硅胶涂层的表面的密度增加导致部分乙醇在硅胶涂层中未来得及挥发出来，导致硅胶涂层中乙醇残留，硅胶涂层中乙醇残留导致固化后的硅胶涂层中-Si-O-与-Si-O-之间存在空隙，导致硅胶涂层的强度降低，进而涂层的抗冷热性能变差。
金属陶瓷涂层的厚度为0.3-0.7mm比较合适，金属陶瓷涂层厚度小于0.3mm，金属陶瓷涂层厚度太薄不能有效的将铜辊包覆，防护性能差；金属陶瓷涂层的厚度大于0.7mm，金属陶瓷涂层太厚会导致涂层的成本会上升。
结合实施例37及实施例25和表7可以看出，在铜片试样块表面的涂金属陶瓷涂层加硅胶涂层的抗冷热疲劳性能优于硅胶涂层加金属陶瓷涂层的抗冷热疲劳性能，可能是因为金属陶瓷涂层加硅胶涂层的这种结构，可能是因为金属陶瓷涂层及硅胶涂层的涂层之间能更好的起到协同作用：金属陶瓷涂层的热膨胀可以减少冷热冲击对硅胶涂层中-Si-O-网络结构的震动损伤，进而起到保护硅胶涂层，提升硅胶涂层的防护周期，还有金属陶瓷涂层与铜片试样块之前有金属过渡层，结合力较好；因为涂层中硅胶中-Si-O-的网络结构具有一定的弹性，可以抵消一部分金属陶瓷涂之间因为热膨胀系数不同而引起的涂层内的应力，使金属陶瓷涂的抗冷热疲劳性能提升，金属陶瓷涂层的防护周期延长，进而提升整个涂层的抗冷热疲劳性能。
而硅胶涂层加金属陶瓷涂层两种防护层中的协同效应较弱，所以金属陶瓷涂层加硅胶涂层的涂层防护效果优于硅胶涂层加金属陶瓷的涂层的防护效果。
结合实施例25及实施例36和表7可以看出，氟化石墨烯与乙醇形成分散液后添加在硅胶涂层后，有利于氟化石墨烯的分散进而可以提升涂层的抗冷热性能，氟化石墨烯以粉末的形式添加，氟化石墨烯发生团聚，导致涂层界面出现空洞，造成应力集中，涂层的抗冷热性能变差。
结合实施例25及对比例2和表7可以看出，硅胶涂层比金属陶瓷的抗冷热疲劳性能好，可能是因为金属陶瓷涂层中各种元素的热膨胀系数不同，极冷极热的情况下，涂层内部金属及陶瓷成分的应力不同引起涂层内部应力大，进而导致金属陶瓷涂层开裂，另一方面，可能是硅胶涂层中硅溶胶中-Si-O-的网络结构同时有SiO2颗粒状结构，两者性能互补，导致硅胶涂层抗冷热疲劳性能提升明显。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于，包括硅胶涂层，所述硅胶涂层包括硅酸酯及水，所述硅酸酯及水的反应用酸性催化剂进行催化，所述硅酸酯与水的摩尔比为1：（2.5-3.5）。
2.根据权利要求1所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于：所述硅胶涂层还包括氟化石墨烯，所述氟化石墨烯是以氟化石墨烯-乙醇的分散液的形式添加。
3.根据权利要求2所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于：所述硅酸酯与氟化石墨烯的摩尔比为1：（0.2-0.35），所述硅酸酯与乙醇的摩尔比为1：（5-9）。
4.根据权利要求1所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于：所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸丙酯三者中的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于，所述甩带炉铜辊表面涂层还包括金属陶瓷涂层，所述金属陶瓷涂层包括以下重量份的原料：Ni：40-60份、Gr:5-10份、Mo:12-18份、W:2-4份、Nb:3-5份、Si:0.03-0.08份、B:0.5-1份及C:0.03-0.08份。
6.根据权利要求5所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于：所述金属陶瓷涂层还包括以下重量份的原料：Zr；3-8份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的甩带炉铜辊表面涂层，其特征在于：所述硅胶涂层的厚度为0.06-0.1mm。
8.一种权利要求1-4任一项所述甩带炉铜辊表面涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
硅胶涂层制备：将水加入硅酸酯中，在酸性催化剂的催化下加热制得硅胶聚合物，将硅胶聚合物喷涂在甩带炉铜辊表面，在150-200℃温度下固化,形成薄膜状硅胶涂层。
9.一种权利要求5-7任一项所述甩带炉铜辊表面涂层的制备方法，其特征在于：
金属陶瓷涂层制备：将Ni、Gr、Mo、W、Nb、Si、B及C进行混合，得到无机混合物，利用激光熔覆法将无机混合物熔覆在铜辊上，形成金属陶瓷涂层；
硅胶涂层制备：将水加入硅酸酯中，在酸性催化剂的催化下加热制得硅胶聚合物，将硅胶聚合物喷涂在熔覆有金属陶瓷涂层在铜辊上，在150-200℃温度下固化,形成薄膜状的硅胶涂层。
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