CN116213220A - 一种提高复合功能涂层结合力的处理方法 - Google Patents

一种提高复合功能涂层结合力的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，包括步骤：对基体表面进行预处理，再通过大气等离子体喷枪对基体表面进行清洗活化处理；选用双组分隐身涂层，在基体上喷涂隐身涂层底层，待隐身涂层底层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；在活化后的隐身涂层底层上喷涂隐身涂层面层，待隐身涂层面层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；在隐身涂层面层上喷涂防腐涂层底层，待防腐涂层底层的表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；在防腐涂层底层上喷涂防腐涂层面层，得到具有隐身和防腐功能的复合功能涂层。具有组织结构稳定、涂层之间的物理及化学相容性好，涂层与基体，涂层与涂层间的结合力高的特点。

Description

一种提高复合功能涂层结合力的处理方法
技术领域
本发明涉及喷涂涂层制备技术领域，特别是涉及一种提高复合功能涂层结合力的处理方法。
背景技术
传统涂料喷涂前，通常采用砂纸打磨基体，去除其表面氧化物及污染物，基体一般打磨到发白为止，然后采用压缩空气吹干净，再进行涂料喷涂，此种方法虽然简单易操作，但是其涂层与基体间的结合力较低。汽车工业零件通常采用脱脂处理法、机械处理法和电镀前处理法，其中超声波清洗是前处理脱脂和去污较为高效的方法，利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理，可以替代溶剂清洗油污，超声波清洗技术的应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。但是由于飞机涂料喷涂的部位，通常构件都较大，因此超声波清洗实施较为困难。等离子体清洗利用等离子体中的高能粒子和活性粒子，通过轰击或活化反应作用将金属表面污物去除的过程。等离子体清洗的过程不使用化学试剂，不会造成二次污染，目前已在电子工业、半导体业与光电工业等高科技领域具有重要的地位。但是低气压等离子体的产生需要真空系统，所以低气压等离子体只适用在具有髙附加值且适合真空条件下的表面清洗，因此也不适合飞机表面构件喷涂前的处理。
飞机大多数部位都需要多种功能涂料喷涂，如隐身涂层和防腐涂层的复合，超疏水涂层与电热涂层的复合，这涉及到基体与涂层底层，涂层底层和面层之间，不同功能涂层与涂层之间等多个层间结合强度的问题，即使是单一功能涂层，通常也包括底层和面层，底层主要起到粘结作用，面层为功能涂层，同样也涉及涂层间的界面结合强度问题，层间界面结合力增强一直是难以解决的难题，尤其不同功能叠加的界面，由于物性不匹配，其问题更加突出。目前都是采用喷枪喷涂底层表干后喷涂面层，层间未经过任何处理，复合功能涂层在喷涂一种功能涂层后在其上继续喷涂另一种功能涂层，其层间的结合强度不高，容易发生局部脱落。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，解决了复合功能涂层其层间的结合强度不高，容易发生局部脱落的技术问题。
(2)技术方案
本发明的实施例提出了一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，包括步骤：S1、对基体表面进行预处理，再通过大气等离子体喷枪对基体表面进行清洗活化处理；S2、选用双组分隐身涂层，在基体上喷涂隐身涂层底层，待隐身涂层底层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；S3、在活化后的隐身涂层底层上喷涂隐身涂层面层，待隐身涂层面层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；S4、在隐身涂层面层上喷涂防腐涂层底层，待防腐涂层底层的表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；S5、在防腐涂层底层上喷涂防腐涂层面层，得到具有隐身和防腐功能的复合功能涂层。
进一步地，在S1中，基体表面进行预处理采用细砂干喷砂—压缩空气清理—常压等离子体表面清洗的方法。
进一步地，基体表面进行预处理具体为，通过机器人持喷枪进行270目刚玉砂的干喷砂，然后采用压缩空气将砂粒吹净，最后采用等离子体喷枪对表面进行清洗活化，使表面能得到增强，从而提高涂料喷涂的涂层结合强度。
进一步地，在S1中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的清洗距离为30～300mm，大气等离子体喷枪的清洗时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
进一步地，在S2中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
进一步地，在S3中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
进一步地，在S4中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
进一步地，所述大气等离子体喷枪的放电枪内通入氩气，当两极间通电后，产生常压脉冲辉光放电，待放电稳定，通入氩气抑制火花放电，并减少空气离化后对基体表面的改性作用。
(3)有益效果
综上，本发明具有如下优点：
1、采用常压等离子体射流技术对基体进行预处理清洗，操作简单，通过设计不同的工艺参数即可实现基体材料表面清洁，没有热效应，不会对材料本身造成损伤，在清洗过程中，常压等离子体能产生亚稳态原子与污染物大分子发生活化反应，使污染物大分子逐步分解为易挥发的简单分子而脱离金属表面；
2、所掺入的活性反应性气体通过与电子和亚稳态原子的碰撞而生成活性比较强的自由基，其与污染物分子也会发生活化反应生成易挥发的气体，最终将表面有机污物的大分子一步步分解而最终产生稳定的易挥发的简单小分子，终将黏着在表面的污物彻底脱离清除，从而得到高效的清洗效果；
3、经过常压等离子体清洗后的基体表面附着性能和表面润湿性可极大程度的被改善，而这些性能的改善对基体材料后续的涂层制备是非常有利的，因此通过常压等离子技术对基体的预处理清洗可以明显提高基体与涂层间的结合强度，结合强度可以达到13MPa以上；
4、采用常压等离子体处理涂层与基体之间界面，不同功能涂层与涂层之间的界面，常压等离子体能产生有利于表面活化的活性粒子，其主要是凭借等离子体中的电子、离子、激发态原子及自由基等活性粒子的活化作用，不会对基体和涂料造成损伤，涂层之间的物理及化学相容性好，其涂层与基体，涂层与涂层间的结合力明显优于目前广泛采用的喷涂涂层制备方法，层间结合性能优异；
5、采用常压等离子体处理制备复合功能喷涂涂层可以在强环境下充分发挥出其隐身、防腐、防冰功能作用，并长期稳定工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是一种提高复合功能涂层结合力的处理方法的工艺原理示意图。
图中：1、基体；2、隐身涂层底层；3、隐身涂层面层；4、防腐涂层底层；5、防腐涂层面层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本发明的实施例提出了一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，包括步骤：
S1、对基体1表面进行预处理，基体1表面进行预处理采用细砂干喷砂—压缩空气清理—常压等离子体表面清洗的方法，具体为，通过机器人持喷枪进行270目刚玉砂的干喷砂，然后采用压缩空气将砂粒吹净，最后采用等离子体喷枪对表面进行清洗活化，使表面能得到增强，从而提高涂料喷涂的涂层结合强度，操作简单，通过设计不同的工艺参数即可实现基体1材料表面清洁，没有热效应，不会对材料本身造成损伤，同时，经过等离子体清洗后的基体1表面附着性能和表面润湿性可极大程度的被改善，而这些性能的改善对基体1材料后续的涂层制备是非常有利的，与普通喷砂表面相比基体1与涂层结合强度可提高1倍以上。再通过大气等离子体喷枪对基体1表面进行清洗活化处理，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的清洗距离为30～300mm，大气等离子体喷枪的清洗时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
S2、选用双组分隐身涂层，在基体1上喷涂隐身涂层底层2，待隐身涂层底层2表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
S3、在活化后的隐身涂层底层2上喷涂隐身涂层面层3，待隐身涂层面层3表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
S4、在隐身涂层面层3上喷涂防腐涂层底层4，待防腐涂层底层4的表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
采用常压等离子体表面活化的方法处理隐身涂层底层2与面层、隐身涂层面层3与防腐涂层底层、以及防腐涂层底层和面层之间的界面，通过调节工艺参数及工作气体产生有利于表面活化的活性粒子，主要是凭借等离子体中的电子、离子、激发态原子及自由基等活性粒子的对表面产生活化作用，增加了表面能，减小了接触角，提高了界面结合强度，其单一功能底层和面层的界面结合强度可达到13MPa以上，且复合功能涂层间采用常压等离子体活化的方法国内外尚未见报道，解决了由于物性不匹配，不同功能叠加的涂层界面，层间界面结合力低的问题，明显优于目前广泛采用的喷涂涂层制备方法，层间结合性能优异。
S5、在防腐涂层底层上喷涂防腐涂层面层5，得到具有隐身和防腐功能的复合功能涂层，采用常压等离子体处理制备复合功能喷涂涂层可以在强环境下充分发挥出其隐身、防腐、防冰功能作用，并长期稳定工作。
在一些实施例中，所述大气等离子体喷枪的放电枪内通入氩气，当两极间通电后，产生常压脉冲辉光放电，待放电稳定，通入氩气抑制火花放电，并减少空气离化后对基体1表面的改性作用。常压等离子体射流基本放电形式是介质阻挡放电，当电极施加交流，射频或微波电源时，因为有快速气流吹动，一方面抑制了放电过程中可能产生的放电通道过于集中的问题，另一方面将等离子体输运到放电区域外，可以在开放的空间而不是间隙内产生均匀稳定的低温等离子体。被喷出的等离子体可与放电区域外金属表面污物反应生成无毒易挥发气体而被清除，操作过程方便灵活。
飞机大多数部位都需要多种复合功能涂料喷涂，如隐身涂层和防腐涂层的复合，电热涂层与超疏水涂层的复合等。本发明的高结合力复合功能涂层关键技术是采用常压低温等离子体的方法活化处理复合功能喷涂涂层的各层间界面，既包括一种涂料的底层和面层间的层间界面，也包括不同功能涂料涂层间的界面。由于常压等离子体在开放条件下无需真空系统，等离子体自身的产生和维持系统简单、设备和维护成本大大降低，等离子体源具有更好的移动性。因此通过采用常压等离子体的方法活化处理喷涂涂层的各层间界面后，其复合功能喷涂涂层具有结合力高、涂层内部气孔缺陷少、涂层表面质量高、稳固耐用、强环境适应性好等特性，各涂层间的结合强度都可以达到13MPa以上。该方法便捷，高效，对材料尺寸和形状没有限制，整个工艺过程易于实现自动化的连续生产，工艺流程的时间明显缩短，从而使得其加工的成本大大降低，可以工业化广泛应用，具有重要的应用前景和应用价值。
所述飞机强环境适应性的复合功能喷涂涂层包括隐身和防腐复合功能涂层，超疏水和电热复合涂层、隐身、电热和超疏水复合功能等多功能多界面涂层，所述层间结合力包括基体1与涂层，涂层底层和面层之间，不同功能涂层与涂层之间结合力。所述基底可以为金属基底或非金属基底。本发明的复合功能涂层具有良好的结合强度，基体1与涂层、不同功能涂层之间都具有较强结合力，可应用于严苛环境，具有长期稳固耐用的特性，大大促进了复合功能涂层在不同领域内的应用。
从经济利益和操控性能的角度考虑，摆脱了繁琐真空装置的常压等离子体表面处理更具有应用价值和实际意义；尤其是常压等离子体射流清洗，因为操作更方便快捷，在应用中更具有优越性。为了获得更好的清洗效果，一般会根据不同种类的污染物，选用不同的放电气体；同时还会掺入少量的活性反应性气体，这样更有利于表面污染物的分解和清除，从而得到高效的清洗效果。
从等离子体放电机制和特性的基础研究来看，常压放电等离子体是在开放空气环境下产生和维持的，且等离子体工作气体处于流动状态。一方面，由于常压条件下气体粒子间平均自由程较低气压条件下要短得多，当电子从外电场获得能量后，它将通过频繁的碰撞过程与重粒子进行能量交换；另一方面，等离子体中的各种活性粒子将随着气体做宏观的整体运动，并与环境气体间进行质量、能量和动量的交换。
实施例一：
采用270目刚玉砂的干喷砂清洗基体1表面，然后采用压缩空气将砂粒吹净，再采用等离子体喷枪对表面进行清洗活化，大气等离子喷枪的功率300w，清洗(活化)距离30mm，清洗(活化)时间30min，入射角度90°，扫描速度300mm/min。
采用双组分隐身涂层，在上述基体1上喷涂底层，隐身涂层底层2表干后采用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率200w，活化距离200mm，清洗(活化)时间20min，入射角度70°，扫描速度200mm/min。
在活化后的底层喷涂隐身涂层面层3，面层变干后继续用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率200w，活化距离200mm，清洗(活化)时间20min，入射角度70°，扫描速度200mm/min。
在隐身涂层面层3上继续喷涂防腐涂层底层4，表干后用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率200w，活化距离200mm，清洗(活化)时间20min，入射角度70°，扫描速度200mm/min。
在防腐涂层底层4上喷涂防腐涂料面层5，得到具有隐身和防腐功能的复合涂层。
实施例二：
采用270目刚玉砂的干喷砂清洗基体1表面，然后采用压缩空气将砂粒吹净，再采用等离子体喷枪对表面进行清洗活化，大气等离子喷枪的功率260w，清洗(活化)距离25mm，清洗(活化)时间30min，入射角度90°，扫描速度400mm/min。
采用双组分隐身涂层，在上述基体1上喷涂底层，隐身涂层底层2表干后采用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率180w，活化距离150mm，清洗(活化)时间20min，入射角度80°，扫描速度160mm/min。
在活化后的底层喷涂隐身涂层面层3，面层变干后继续用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率180w，活化距离150mm，清洗(活化)时间20min，入射角度80°，扫描速度160mm/min。。
在隐身涂层面层3上继续喷涂防腐涂层底层4，表干后用大气等离子体喷枪进行活化处理，大气等离子喷枪的功率180w，活化距离150mm，清洗(活化)时间20min，入射角度80°，扫描速度160mm/min。。
在防腐涂层底层4上喷涂防腐防腐面层5，得到具有隐身和防腐功能的复合涂层。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于，包括步骤：
S1、对基体表面进行预处理，再通过大气等离子体喷枪对基体表面进行清洗活化处理；
S2、选用双组分隐身涂层，在基体上喷涂隐身涂层底层，待隐身涂层底层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；
S3、在活化后的隐身涂层底层上喷涂隐身涂层面层，待隐身涂层面层表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；
S4、在隐身涂层面层上喷涂防腐涂层底层，待防腐涂层底层的表面干后，通过大气等离子体喷枪进行活化处理；
S5、在防腐涂层底层上喷涂防腐涂层面层，得到具有隐身和防腐功能的复合功能涂层。
2.根据权利要求1所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：在S1中，基体表面进行预处理采用细砂干喷砂—压缩空气清理—常压等离子体表面清洗的方法。
3.根据权利要求2所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：基体表面进行预处理具体为，通过机器人持喷枪进行270目刚玉砂的干喷砂，然后采用压缩空气将砂粒吹净，最后采用等离子体喷枪对表面进行清洗活化。
4.根据权利要求1所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：在S1中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的清洗距离为30～300mm，大气等离子体喷枪的清洗时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：在S2中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：在S3中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：在S4中，大气等离子体喷枪的功率为100～500w，大气等离子体喷枪的活化距离为50～300mm，大气等离子体喷枪的活化时间为5～60min，大气等离子体喷枪的入射角度为45°～135°，大气等离子体喷枪的扫描速度为100～500mm/min。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的一种提高复合功能涂层结合力的处理方法，其特征在于：所述大气等离子体喷枪的放电枪内通入氩气，当两极间通电后，产生常压脉冲辉光放电，待放电稳定，通入氩气抑制火花放电，并减少空气离化后对基体表面的改性作用。
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