CN115895387A - 一种高寿命陶瓷涂层、制备方法及滚压轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高寿命陶瓷涂层、制备方法及滚压轮，依次包括层状设置的第一缓冲连接层、陶瓷基底层、第二缓冲连接层和金属防护层，第一缓冲连接层设置在金属内衬表面，第一缓冲连接层和第二缓冲连接层均包括交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂。本发明使金属内衬和陶瓷基底层在氨基硅烷偶联剂的两侧能够形成相近的连接强度，使氨基硅烷偶联剂的两侧能够尽可能均匀地分摊应力，提升金属内衬和陶瓷基底层的连接寿命。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷涂层领域，涉及一种高寿命陶瓷涂层、制备方法及滚压轮。
背景技术
随着市场迭代升级，陶瓷材料，性能需求越来越高。为了提升陶瓷材料的耐磨和硬度等性能，一般采用蒸镀或者粘贴等方式在陶瓷表面制备金属材料。但是针对蒸镀这一情况，金属和陶瓷直接接触，应力是直接传导至陶瓷的，因此陶瓷易碎。而粘贴的连接强度不高，金属和陶瓷十分容易脱附，降低了使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种高寿命陶瓷涂层、制备方法及滚压轮。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种高寿命陶瓷涂层，依次包括层状设置的第一缓冲连接层、陶瓷基底层、第二缓冲连接层和金属防护层，第一缓冲连接层设置在金属内衬表面，第一缓冲连接层和第二缓冲连接层均包括交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂。
本发明所述第一缓冲连接层中氮化硅的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向逐渐增加，第二缓冲连接层中氮化硅的浓度沿金属防护层到陶瓷基底层方向先降低后增加。
本发明所述第一缓冲连接层中氨基硅烷偶联剂的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向逐渐增加，第二缓冲连接层中氨基硅烷偶联剂的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向先降低后增加。
一种高寿命陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：
制备第一缓冲连接液和第二缓冲连接液，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均包括溶剂、交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂；
在金属内衬上涂覆第一缓冲连接液，并在第一缓冲连接液的表面放置陶瓷基底层，然后等待第一缓冲连接液干燥后形成第一缓冲连接层；
于陶瓷基底层表面涂覆第二缓冲连接液，待第二缓冲连接液干燥后形成第二缓冲连接层；
在第二缓冲连接层的表面蒸镀金属防护层。
本发明第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均有多份且不同第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中氮化硅以及氨基硅烷偶联剂的浓度不同，金属内衬上依次涂覆不同浓度的第一缓冲连接液，以使氮化硅和氨基硅烷偶联剂的浓度均从下往上逐渐增加，陶瓷基底层上依次涂覆不同浓度的第二缓冲连接液，以使氮化硅浓度从下往上逐渐增加，氨基硅烷偶联剂的浓度先降低后增加。
本发明第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中溶剂均为DMF，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液每次涂覆完成后，均在150-180℃条件下烘烤3-5s，然后再进行下一次涂覆或放置陶瓷基底层或蒸镀金属防护层。
一种滚压轮，包括金属内衬以及高寿命陶瓷涂层，高寿命陶瓷涂层设置在金属内衬表面。
与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：
本发明的硅烷偶联剂本身能够与氧化铝反应形成较大键能，同时硅烷偶联剂除了与氧化硅和氮化硅形成共价键外，氨基也能够与氧化硅和氮化硅形成较强的配位键，以此对硅烷偶联剂在陶瓷基底层一侧的连接强度进行补强，缩减与硅烷偶联剂在金属内衬一侧连接强度的差距，进而使金属内衬和陶瓷基底层在氨基硅烷偶联剂的两侧能够形成相近的连接强度，使氨基硅烷偶联剂的两侧能够尽可能均匀地分摊应力，提升金属内衬和陶瓷基底层的连接寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1为本发明实施例1和2提供的滚压轮的层状结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
参见图1，本实施例提供的一种滚压轮，包括金属内衬1和高寿命陶瓷涂层，其中高寿命陶瓷涂层依次包括层状设置的第一缓冲连接层2、陶瓷基底层3、第二缓冲连接层4和金属防护层5，第一缓冲连接层2位于金属内衬1表面并与金属内衬1直接接触。
其制备方法包括如下步骤：
制备第一缓冲连接液和第二缓冲连接液，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液的制备方法大致相同，均是通过原料共混球磨得到，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均包括溶剂、交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂；其中溶剂通常选用DMF，以质量份数计，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中DMF均为50-70份；
在金属内衬1上涂覆第一缓冲连接液，并在第一缓冲连接液的表面放置陶瓷基底层3，然后等待第一缓冲连接液干燥后形成第一缓冲连接层2；
于陶瓷基底层3表面涂覆第二缓冲连接液，待第二缓冲连接液干燥后形成第二缓冲连接层4；
在第二缓冲连接层4的表面蒸镀金属防护层5。
最终，第一缓冲连接层2和第二缓冲连接层4中均包括交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，其中交联剂至少包括环氧树脂。
现有技术中，不论金属内衬1还是金属防护层5一般是直接接触陶瓷基底层3，其制备方法通常为蒸镀。虽然金属防护层5和金属内衬1对陶瓷基底层3提供了较为良好的防护，提升了整个陶瓷涂层的耐磨性能，但是金属防护层5如果直接受到撞击，冲击力会直接传导至陶瓷基底层3，金属内衬1又无法有效对陶瓷基底层3上的应力进行分散，致使陶瓷基底层3产生细小裂纹，导致整体陶瓷涂层的寿命降低。
本实施金属防护层5和金属内衬1材质均为氧化铝。与现有技术不同的是，本实施例额外设置了第一缓冲连接层2和第二缓冲连接层 4。第一缓冲连接层2是将第一缓冲连接液涂覆在金属内衬1上形成。第二缓冲连接层4是将第二缓冲连接液涂覆在陶瓷基底层3上形成。
陶瓷基底层3的主要材质为氧化硅和氮化硅，以第一缓冲连接液为例，其作用是连接作为金属氧化物的金属内衬1和硅化物的陶瓷基底层3，因此需要第一缓冲连接液对二者均具有较好的分子间作用力，以保证其连接效果，一般的硅烷偶联剂就能起到该作用。但是应当注意的是，并非任意硅烷偶联剂都能起到令人满意的上述效果，其原因在于硅烷偶联剂通常情况下与金属氧化物和硅化物形成的键能是不同的，因此硅烷偶联剂和金属内衬1之间的连接强度相较硅烷偶联剂和陶瓷基底层3之间的连接强度产生较大差异，这也就导致短板效应，当硅烷偶联剂和陶瓷基底层3之间产生了较多应力薄弱点，而硅烷偶联剂和金属内衬1之间仍然只具有较少的应力薄弱点，那么应力会主要集中作用在硅烷偶联剂和陶瓷基底层3之间，硅烷偶联剂和金属内衬1之间无法有效分摊应力作用，硅烷偶联剂和陶瓷基底层3之间持续快速增加应力薄弱点，最终分离。
与之相对，氨基硅烷偶联剂能够有效解决上述问题，首先硅烷偶联剂本身能够与氧化铝反应形成较大键能，同时硅烷偶联剂除了与氧化硅和氮化硅形成共价键外，氨基也能够与氧化硅和氮化硅形成较强的配位键，以此对硅烷偶联剂在陶瓷基底层3一侧的连接强度进行补强，缩减与硅烷偶联剂在金属内衬1一侧连接强度的差距，进而使金属内衬1和陶瓷基底层3在氨基硅烷偶联剂的两侧能够形成相近的连接强度，使氨基硅烷偶联剂的两侧能够尽可能均匀地分摊应力，提升金属内衬1和陶瓷基底层3的连接寿命。也因此，氨基硅烷偶联剂不需要过多，在第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中氨基硅烷偶联剂的质量份数在10-30份即可。
环氧树脂能够提供第一缓冲连接层2和第二缓冲连接层4一定的弹性，第二缓冲连接层4能够缓冲金属防护层5传导至陶瓷基底层3 的冲击力，陶瓷基底层3受到的冲击力也能分散至第一缓冲连接层2 中，以此减少陶瓷基底层3受到的刚性冲击，提升陶瓷基底层3的寿命。环氧树脂的质量份数也在10-30份即可。
第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中的氮化硅，能够起到对第一缓冲连接层2和第二缓冲连接层4的补强作用。同时氮化硅还能在环氧树脂交联过程中作为内核，从而提升环氧树脂的交联效果。氮化硅的质量份数也在5-15份
实施例2：
本实施例与实施例1不同的是，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均有多份且不同第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中氮化硅以及氨基硅烷偶联剂的浓度不同。
参见图1，金属内衬1上依次涂覆不同浓度的第一缓冲连接液，以使氮化硅和氨基硅烷偶联剂的浓度均从金属内衬1向陶瓷基底层3 逐渐增加，第一缓冲连接液每次涂覆完成后，均在150-180℃条件下烘烤3-5s，以使溶剂挥发且未完全固化。本实施例中共涂覆三种不同浓度的第一缓冲连接液。
每种第一缓冲连接液中环氧树脂和溶剂的质量份数均相同。本实施例中氮化硅的质量份数由下往上分别为5份，10份和15份，氨基硅烷偶联剂的质量份数由下往上分别为10份，20份，30份。通过高浓度的氨基硅烷偶联剂和氮化硅，以填补陶瓷基底层3一侧键能和金属内衬1一侧键能的差距，使得金属内衬1一侧的粘贴强度基本和陶瓷基底层3一侧的粘贴强度持平。
同样的，陶瓷基底层3上依次涂覆不同浓度的第二缓冲连接液，以使氮化硅浓度从下往上逐渐增加，氨基硅烷偶联剂的浓度先降低后增加。同样的，一共涂覆三种不同浓度的第二缓冲连接液。每种第二缓冲连接液中环氧树脂和溶剂的质量份数均相同。本实施例中氮化硅的质量份数由下往上分别为15份，5份和15份，氨基硅烷偶联剂的质量份数由下往上分别为30份，20份，30份。陶瓷基底层3一侧采用较高浓度的氮化硅和氨基硅烷偶联剂的原因与第一缓冲连接液类似，此处不再赘述。由于金属防护层5是蒸镀至第二缓冲连接液上，会使得交联剂和氨基硅烷偶联剂的键合效果被破坏，为了保证金属防护层5的连接强度，需要通过氮化硅的保护减少交联剂的损失，并通过增加氨基硅烷偶联剂和氮化硅增加第二缓冲连接层4顶部的硅含量，以提升金属防护层5的蒸镀效果。第二缓冲连接层4中间的交联剂同样提供了一定的缓冲空间。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种高寿命陶瓷涂层，其特征在于，依次包括层状设置的第一缓冲连接层、陶瓷基底层、第二缓冲连接层和金属防护层，第一缓冲连接层设置在金属内衬表面，第一缓冲连接层和第二缓冲连接层均包括交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的高寿命陶瓷涂层，其特征在于，所述第一缓冲连接层中氮化硅的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向逐渐增加，第二缓冲连接层中氮化硅的浓度沿金属防护层到陶瓷基底层方向先降低后增加。
3.根据权利要求2所述的高寿命陶瓷涂层，其特征在于，所述第一缓冲连接层中氨基硅烷偶联剂的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向逐渐增加，第二缓冲连接层中氨基硅烷偶联剂的浓度沿金属内衬到陶瓷基底层方向先降低后增加。
4.一种高寿命陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备第一缓冲连接液和第二缓冲连接液，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均包括溶剂、交联剂、氨基硅烷偶联剂和氮化硅，交联剂至少包括环氧树脂；
在金属内衬上涂覆第一缓冲连接液，并在第一缓冲连接液的表面放置陶瓷基底层，然后等待第一缓冲连接液干燥后形成第一缓冲连接层；
于陶瓷基底层表面涂覆第二缓冲连接液，待第二缓冲连接液干燥后形成第二缓冲连接层；
在第二缓冲连接层的表面蒸镀金属防护层。
5.根据权利要求4所述的高寿命陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液均有多份且不同第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中氮化硅以及氨基硅烷偶联剂的浓度不同，金属内衬上依次涂覆不同浓度的第一缓冲连接液，以使氮化硅和氨基硅烷偶联剂的浓度均从下往上逐渐增加，陶瓷基底层上依次涂覆不同浓度的第二缓冲连接液，以使氮化硅浓度从下往上逐渐增加，氨基硅烷偶联剂的浓度先降低后增加。
6.根据权利要求5所述的高寿命陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液中溶剂均为DMF，第一缓冲连接液和第二缓冲连接液每次涂覆完成后，均在150-180℃条件下烘烤3-5s，然后再进行下一次涂覆或放置陶瓷基底层或蒸镀金属防护层。
7.一种滚压轮，其特征在于，包括金属内衬以及如权利要求1-3任一权利要求所述的高寿命陶瓷涂层，高寿命陶瓷涂层设置在金属内衬表面。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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