CN116855152B - 一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：水下固化环氧树脂30‑50份、改性氧化石墨烯1‑15份、复合粉体1‑15份、硅烷偶联剂5‑10份、润滑剂0.5‑10份、粘结剂0.5‑10份。所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：1.5‑3.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2%的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。所述稳定剂为聚乙烯蜡、季戊四醇四异辛酸酯、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种组合。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，具有较高的社会使用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及牙板模具技术领域，尤其涉及一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层及制备方法。
背景技术
牙板-用于搓牙机上面的两块方形的模板，材质为DC53材料或SKH-9高速钢，分为两块，一长一短，长板为活动板，短板为固定板，上面有牙纹，用于对螺丝光钉挤压成型为螺纹的模具。牙板模具是用两块相同的、搓丝面有与螺栓螺纹的牙形相同螺旋角相同的牙形，在牙板模具相互运动时把两牙板之间的螺栓坯搓出螺纹的模具。
模具在使用过程中主要出现磨损、腐蚀、塑性变形和断裂等失效形式，模具的失效导致其使用寿命缩短，其中，磨损是造成模具使用寿命缩短的主要原因。采用表面工程技术在模具表面制备一层或多层复合的耐高温、耐磨涂层是一个非常有效的途径,可以大幅度提高模具表面的耐热性能和耐磨损性能，该项技术已广泛应用于模具工业中。
于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有技术及缺失予以研究改良，提供一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层及制备方法，以期达到更具有实用价值的目的。
发明内容
为了解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层及制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30-50份、改性氧化石墨烯1-15份、复合粉体1-15份、硅烷偶联剂5-10份、润滑剂0.5-10份、粘结剂0.5-10份。
优选地，所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：1.5-3.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
优选地，所述稳定剂为聚乙烯蜡、季戊四醇四异辛酸酯、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种组合。
优选地，所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：2-5。
通过采用上述技术方案，先采用分散剂对氧化石墨烯进行分散，再加入稳定剂稳定，提高氧化石墨烯在涂料中的分散稳定性；同时调节聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比，可进一步提高氧化石墨烯在涂料原料中的分散性。
优选地，所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.1-3.5复配而成。
优选地，所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
碳化钨颗粒是一种金属类碳化物粉末，也是一种合金粉末，碳化钨是制造硬质合金的主要原材料，也是热喷涂领域制备高耐磨涂层的重要原料。碳化钨颗粒有包覆型、团聚型、烧结型等形式，均可以用作热喷涂的材料，可以用于表面熔覆，在金属件表面熔覆形成耐磨层，此耐磨层不但具有很好的高耐磨性，制备高耐磨涂层，特别是耐磨粒磨损、硬面磨损和泥沙冲蚀磨损等，此外，它还具有一定的撕碎作用，如用于破碎木材、破碎布类纤维均是一种最佳选择。
超细硼化钛粉体是由变电流激光离子束气相沉积而成，纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高；TiB2与硬质合金非常相似，是金属陶瓷的重要基材，同时加入超细碳化钨颗粒，与超细硼化钛粉体复配而成复合粉体，增强了涂层表面的耐高温和耐磨性。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种组合。
优选地，所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用氟树脂粉末或硅树脂粉末，涂层主要由复配而成的复合粉体形成的骨架结构组成，骨架间的空隙可以储存润滑剂，有助于增强润滑效果，从而有效减缓磨损程度，延长牙板模具的使用寿命。
优选地，所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.1-3.5复配而成，其中超细硼化钛粉体是由变电流激光离子束气相沉积而成，纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，表面活性高，超细硼化钛陶瓷粉体是一种黑色粉末，该粉末颗粒里有复杂的六方晶体结构，二硼化钛粉可以通过多种高温方法制备，其与超细碳化钨颗粒复配，增强了涂层表面的耐高温和耐磨性。
2.本发明以水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯、硅烷偶联剂为材料，制备牙板模具表面复合防腐涂料，量化分析各涂层耐蚀性能和与基材的结合力，同时观测涂层涂覆在牙板模具表面后的微观形貌，从而得到性能优异的耐高温磨损涂层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30份、改性氧化石墨烯1份、复合粉体1份、硅烷偶联剂5份、润滑剂0.5份、粘结剂0.5份。
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：1.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
所述稳定剂为聚乙烯蜡；所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：2。
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.1复配而成。
所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用氟树脂粉末。
所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层。
实施例2
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂35份、改性氧化石墨烯3份、复合粉体3份、硅烷偶联剂6份、润滑剂2份、粘结剂3份。
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：2的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
所述稳定剂为聚乙烯蜡、季戊四醇四异辛酸酯、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种组合。
所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：3。
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.5复配而成。
所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用氟树脂粉末。
所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层。
实施例3
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂40份、改性氧化石墨烯8份、复合粉体8份、硅烷偶联剂7份、润滑剂5份、粘结剂5份。
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：2.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
所述稳定剂为季戊四醇硬脂酸酯。
所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：3.5。
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.8复配而成。
所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用硅树脂粉末。
所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层。
实施例4
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂45份、改性氧化石墨烯12份、复合粉体12份、硅烷偶联剂8份、润滑剂8份、粘结剂8份。
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：3.0的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
所述稳定剂为聚乙烯蜡和季戊四醇四异辛酸酯组合。
所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：4。
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:3.2复配而成。
所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷组合。
所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用硅树脂粉末。
所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层
实施例5
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂50份、改性氧化石墨烯15份、复合粉体15份、硅烷偶联剂10份、润滑剂10份、粘结剂10份。
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：3.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2％的稳定剂，得到改性氧化石墨烯。
所述稳定剂为聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯。
所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：5。
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:3.5复配而成。
所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷组合。
所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用氟树脂粉末。
所述粘结剂为饱和松香溶液。
一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1-0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
S5、当涂层厚度达预设厚度时停止喷涂耐高温磨损涂料，最后将涂层在150-180℃的温度下经3-5小时恒温固化后，自然降至室温即得到耐高温磨损涂层。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30份、复合粉体1份、硅烷偶联剂5份、润滑剂0.5份、粘结剂0.5份。
对比例2
所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30份、氧化石墨烯1份、复合粉体1份、硅烷偶联剂5份、润滑剂0.5份、粘结剂0.5份；氧化石墨烯为普通市售型号为XF002-27440-44-0的单层氧化石墨烯粉末。
对比例3
所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30份、改性氧化石墨烯1份、硅烷偶联剂5份、润滑剂0.5份、粘结剂0.5份。
对比例4
所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30份、改性氧化石墨烯1份、氧化铝粉体1份、硅烷偶联剂5份、润滑剂0.5份、粘结剂0.5份。
实验方法：将实施例1-5和对比例1-4中制得的涂层截取一部分，使用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验并测出体积磨损率，磨损率＝磨损体积/(载荷×滑动距离)，体积磨损率越低表明修复后形成的涂层的耐磨性能越好。
漆膜附着力：采用GB/T5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》检测耐高温磨损涂层在150℃和200℃温度条件下的的漆膜附着力。
拉伸强度：采用ISO 22970-2019检测耐高温磨损涂层在150℃和200℃温度条件下的拉伸强度。
测试结果如下表1所示：
测试结果表明：采用以上原料配比和工艺参数时，得到的耐高温磨损涂层，其耐高温磨损性能、漆膜附着力、拉伸强度等综合性能与对比例相比均有大幅度提升；其中实施例3制备的耐高温磨损涂层综合性能最优。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，所述耐高温磨损涂层由以下重量份的原材料制作而成：
水下固化环氧树脂30-50份、改性氧化石墨烯1-15份、复合粉体1-15份、硅烷偶联剂5-10份、润滑剂0.5-10份、粘结剂0.5-10份；
所述改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
将氧化石墨烯与分散剂按质量比1.1：1.5-3.5的比例混合，搅拌均匀，加入氧化石墨烯质量2%的稳定剂，得到改性氧化石墨烯；
所述稳定剂为聚乙烯蜡、季戊四醇四异辛酸酯、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种组合；
所述分散剂为聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵混合物，聚N-乙烯基己内酰胺与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：2-5；
所述复合粉体为超细碳化钨颗粒和超细硼化钛粉体按照质量比为1.3:2.1-3.5复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，所述超细碳化钨颗粒平均WC粒度为100-2000nm；超细硼化钛粉体平均粒径为50-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，所述润滑剂为粉状润滑剂，粉状润滑剂选用氟树脂粉末或硅树脂粉末。
5.根据权利要求1所述的一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，所述粘结剂为饱和松香溶液。
6.一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层的制备方法，制备如权利要求1-5任意一项所述的一种应用于牙板模具的耐高温磨损涂层，其特征在于，还包括以下步骤：
S1、取所述重量份的原材料备用；
S2、将水下固化环氧树脂、改性氧化石墨烯和硅烷偶联剂充分混合均匀，得到A液；
S3、再将所述制备的复合粉体、润滑剂和粘结剂混入A液中，得混合胶料；将混合胶料置于三辊磨研磨，并进行机械搅拌，搅拌均匀即得耐高温磨损涂料；
S4、用喷枪将耐高温磨损涂料喷涂在牙板模具表面，首次喷涂厚度为0.1±0.02mm，在真空烘箱中加温至110℃并抽真空排出溶剂；之后再往涂层表面分多次喷涂高分子涂料，每次喷涂的涂层厚度为0.1- 0.2mm，在真空烘箱中加热至110℃并抽真空排出溶剂；
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