CN106623945A - 一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，所述金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；所述金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；所述金属基体表面过渡层由氟化铜、碳化硼和锌粉制成；所述中间增强层由二氧化钛和氧化铝制成；所述外层表面涂层由珐琅制成。本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化的作用，能够有效的保护金属基体不受大气氧化、酸碱腐蚀及其他外部损害，其制备方法科学、简单，所得的制品表面涂层致密度好，韧性高，界面干净、牢固，且不会产生气泡和夹杂，可广泛应用于金属表面涂层领域，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料及其制备方法。
背景技术
涂层是涂料一次施涂所得到的固态连续膜，是为了起防护、绝缘、装饰等作用而涂布于金属、织物、塑料等基体上的塑料薄层。涂料可以为气态、液态、固态，通常根据需要喷涂的基质决定涂料的种类和状态。现代工业需要工件能够在高温、腐蚀等严苛工况下进行工作，因此对于工件材料的要求也越来越高，同时在工件的施工关键部位实施涂层保护，可有效的保护工件，从而节约生产成本。目前市面上现有的涂层材料按功能性不同可分为耐磨损涂层材料、耐热抗氧化涂层材料、抗大气和浸渍腐蚀涂层材料、电导和电阻涂层材料、恢复尺寸涂层材料、机械部件间隙控制涂层材料和耐化学腐蚀涂层材料。现有技术中所用涂层材料涂布的涂层，易产生气泡和和夹杂，因此很难获得干净、牢固的界面，所获得的涂层致密度和韧性不高，容易出现开裂、翘曲和脱落等问题。随着现代工业化的飞速发展，迫切需要高性能的保护金属基体的涂层复合材料。基于上述陈述，本发明提出了一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料及其制备方法。
一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，所述金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；所述金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；所述金属基体表面过渡层由46～67%的氟化铜、15～30%碳化硼和20～40%的锌粉制成；所述中间增强层由50～70%的二氧化钛和30～60%的氧化铝制成；所述外层表面涂层由珐琅制成。
优选的，所述金属基体表面过渡层由52%的氟化铜、24%碳化硼和34%的锌粉制成。
优选的，所述中间增强层由58%的二氧化钛和42%的氧化铝制成。
优选的，所述外层表面涂层由珐琅制成，其中珐琅由石英、氧化钛、氧化锑、三氧化二铝、氧化镁混合后熔融制成。
本发明还提出了一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末进行充分研磨后混合，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进行充分研磨后混合，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进行充分研磨后混合，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下对压坯进行热压烧结反应，烧结结束后保温扩散，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，然后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层。
优选的，所述步骤S1～S3中的研磨后混合具体指将原料放入球磨机中研磨成粒径为1～300μm的细粉末后以200～400r/min的转速进行搅拌混合25～50min。
优选的，所述步骤S4中的烧结过程中施加的压力为28～42MPa，烧结温度为920～1100℃，保温扩散过程的时间为1.5～2.5h。
优选的，所述步骤S5中的喷涂速度为100～300g/min，喷涂量为350～550g/cm3，烧结温度为780～850℃。
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化的作用，能够有效的保护金属基体不受大气氧化、酸碱腐蚀及其他外部损害，本发明还提出了一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，通过压坯制成金属基体、金属基体表面过渡层和中间增强层，将其共同烧结后在其表面涂布外层表面涂层，最后烧结制成，本发明提出的制备方法科学、简单，所得的制品表面涂层致密度好，韧性高，界面干净、牢固，且不会产生气泡和夹杂，可广泛应用于金属表面涂层领域，值得推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；其中金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；金属基体表面过渡层由45%的氟化铜、28%碳化硼和27%的锌粉制成；中间增强层由55%的二氧化钛和45%的氧化铝制成；外层表面涂层由珐琅制成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末放入球磨机中研磨成粒径为200μm的细粉末后以400r/min的转速进行搅拌混合28min，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进放入球磨机中研磨成粒径为80μm的细粉末后以280r/min的转速进行搅拌混合25min，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进放入球磨机中研磨成粒径为120μm的细粉末后以280r/min的转速进行搅拌混合50min，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下，施加30MPa的压力对压坯进行热压烧结反应，烧结温度为1000℃，烧结结束后保温扩散2h，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，喷涂速度为150g/min，喷涂量为400g/cm3，喷涂结束后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层，烧结温度为800℃。
实施例二
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；其中金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；金属基体表面过渡层由58%的氟化铜、20%碳化硼和22%的锌粉制成；中间增强层由70%的二氧化钛和30%的氧化铝制成；外层表面涂层由珐琅制成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末放入球磨机中研磨成粒径为100μm的细粉末后以250r/min的转速进行搅拌混合42min，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进放入球磨机中研磨成粒径为20μm的细粉末后以320r/min的转速进行搅拌混合30min，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进放入球磨机中研磨成粒径为80μm的细粉末后以220r/min的转速进行搅拌混合42min，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下，施加35MPa的压力对压坯进行热压烧结反应，烧结温度为950℃，烧结结束后保温扩散1.8h，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，喷涂速度为200g/min，喷涂量为350g/cm3，喷涂结束后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层，烧结温度为780℃。
实施例三
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；其中金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；金属基体表面过渡层由62%的氟化铜、18%碳化硼和20%的锌粉制成；中间增强层由68%的二氧化钛和32%的氧化铝制成；外层表面涂层由珐琅制成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末放入球磨机中研磨成粒径为0μm的细粉末后以300r/min的转速进行搅拌混合30min，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进放入球磨机中研磨成粒径为150μm的细粉末后以250r/min的转速进行搅拌混合40min，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进放入球磨机中研磨成粒径为30μm的细粉末后以350r/min的转速进行搅拌混合32min，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下，施加28MPa的压力对压坯进行热压烧结反应，烧结温度为1100℃，烧结结束后保温扩散2.5h，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，喷涂速度为100g/min，喷涂量为450g/cm3，喷涂结束后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层，烧结温度为820℃。
实施例四
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；其中金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；金属基体表面过渡层由65%的氟化铜、15%碳化硼和20%的锌粉制成；中间增强层由50%的二氧化钛和50%的氧化铝制成；外层表面涂层由珐琅制成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末放入球磨机中研磨成粒径为1μm的细粉末后以200r/min的转速进行搅拌混合35min，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进放入球磨机中研磨成粒径为200μm的细粉末后以400r/min的转速进行搅拌混合50min，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进放入球磨机中研磨成粒径为200μm的细粉末后以300r/min的转速进行搅拌混合25min，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下，施加42MPa的压力对压坯进行热压烧结反应，烧结温度为1050℃，烧结结束后保温扩散2.2h，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，喷涂速度为250g/min，喷涂量为550g/cm3，喷涂结束后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层，烧结温度为850℃。
实施例五
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；其中金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；金属基体表面过渡层由50%的氟化铜、18%碳化硼和32%的锌粉制成；中间增强层由58%的二氧化钛和42%的氧化铝制成；外层表面涂层由珐琅制成。
其制备方法，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末放入球磨机中研磨成粒径为300μm的细粉末后以350r/min的转速进行搅拌混合50min，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进放入球磨机中研磨成粒径为100μm的细粉末后以200r/min的转速进行搅拌混合35min，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进放入球磨机中研磨成粒径为150μm的细粉末后以400r/min的转速进行搅拌混合38min，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下，施加32MPa的压力对压坯进行热压烧结反应，烧结温度为920℃，烧结结束后保温扩散1.5h，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，喷涂速度为300g/min，喷涂量为500g/cm3，喷涂结束后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层，烧结温度为810℃。
本发明提出的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化的作用，能够有效的保护金属基体不受大气氧化、酸碱腐蚀及其他外部损害，本发明还提出了一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，通过压坯制成金属基体、金属基体表面过渡层和中间增强层，将其共同烧结后在其表面涂布外层表面涂层，最后烧结制成，本发明提出的制备方法科学、简单，所得的制品表面涂层致密度好，韧性高，界面干净、牢固，且不会产生气泡和夹杂，可广泛应用于金属表面涂层领域，值得推广。
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 (8)
1.一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，其特征在于，所述金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料由金属基体、金属基体表面过渡层、中间增强层和外层表面涂层构成；所述金属基体由两种或两种以上的金属粉末制成；所述金属基体表面过渡层由46～67%的氟化铜、15～30%碳化硼和20～40%的锌粉制成；所述中间增强层由50～70%的二氧化钛和30～60%的氧化铝制成；所述外层表面涂层由珐琅制成。
2.根据权利要求1所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，其特征在于，所述金属基体表面过渡层由52%的氟化铜、24%碳化硼和34%的锌粉制成。
3.根据权利要求1所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，其特征在于，所述中间增强层由58%的二氧化钛和42%的氧化铝制成。
4.根据权利要求1所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料，其特征在于，所述外层表面涂层由珐琅制成，其中珐琅由石英、氧化钛、氧化锑、三氧化二铝、氧化镁混合后熔融制成。
5.一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将两种或两种以上的金属粉末进行充分研磨后混合，将混合均匀的金属粉末制成金属基体压坯；
S2、将所述重量百分比的氟化铜、碳化硼和锌粉进行充分研磨后混合，将混合均匀的混合粉末制成金属基体表面过渡层压坯；
S3、将所述重量百分比的二氧化钛和氧化铝进行充分研磨后混合，将混合均匀的混合粉末制成中间增强层压坯；
S4、将上述制成的金属基体压坯、金属基体表面过渡层压坯和中间增强层压坯共同放入石墨模具中，在真空环境下对压坯进行热压烧结反应，烧结结束后保温扩散，冷却后对表面进行精修处理；
S5、制备珐琅浆，利用喷枪工具将制备好的珐琅浆均匀喷涂在步骤S3中精修处理后的制品表面，然后将制品置于箱式炉中烧结形成外层表面涂层。
6.根据权利要求5所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1～S3中的研磨后混合具体指将原料放入球磨机中研磨成粒径为1～300μm的细粉末后以200～400r/min的转速进行搅拌混合25～50min。
7.根据权利要求5所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的烧结过程中施加的压力为28～42MPa，烧结温度为920～1100℃，保温扩散过程的时间为1.5～2.5h。
8.根据权利要求5所述的一种金属基耐磨耐蚀表面涂层复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的喷涂速度为100～300g/min，喷涂量为350～550g/cm3，烧结温度为780～850℃。
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