CN109231971A - 一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层 - Google Patents

一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层 Download PDF

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Abstract

一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，包括陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层以及基体，所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层包括陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末，陶瓷颗粒相的粒径范围为1µm‑20µm，氧化物混合粉末的直径范围为1nm‑500nm，氧化物混合粉末包括氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化镍和氧化铬，氯化物混合粉末的直径范围为1nm‑100nm，氮化物混合粉末包括氮化钛和氮化硅。在强度、韧性、抗蚀，耐磨、热障和抗热疲劳等方面有显著改善。采用过渡层主要可减小陶瓷涂层与基体之间较大的物理性能差异,以松弛应力,避免涂层开裂,同时也增强涂层材料与基体的结合力。

Description

一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层
技术领域
本发明涉及涂层的制备方法技术领域，具体涉及一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层。
背景技术
热喷涂技术是材料表面强化与保护的重要技术，它在表面技术中占重要地位。热喷涂技术是指利用某种热源将喷涂材料迅速加热到熔化或半熔化状态,再经过高速气流或焰流使其雾化,加速喷射在经预处理的零件表面上,使材料表面得到强化和改性,获得具有某种功能(如耐磨、防腐、抗高温等)表面的一种应用性很强的材料表层复合技术,其中涂层的喷涂技术是生产实际中最常用的表面陶瓷涂层技术,目前已被广泛应用于航天、航空、冶金、机械和生物等领域，但是现有技术中涂层的强度、韧性、抗蚀，耐磨、热障和抗热疲劳等方面均较差。另外，涂层与基体的结合力效果也不好，因此急需一种有效涂层来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的不足，提出了一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，包括陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层以及基体，所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层包括陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末，陶瓷颗粒相的粒径范围为1µm-20µm，氧化物混合粉末的直径范围为1nm-500nm，氧化物混合粉末包括氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化镍和氧化铬，氯化物混合粉末的直径范围为1nm-100nm，氮化物混合粉末包括氮化钛和氮化硅。
所述的氧化物混合粉末中氧化铝28-40份、氧化硅10-20份、氧化锆8-15份、氧化镁20-30份、氧化镍1-5份和氧化铬30-60份。
所述的氯化物混合粉末中氮化钛1-5份和氮化硅1-5份。
所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层与基体之间有过渡层。
所述的过渡层的制备方法如下：过渡层采用喷雾干燥法制备，具体加工过程为：首先将粒径30-80nm纳米粒子配成胶状悬浮液,加入定量添加剂后,将该胶状悬浮液进行喷雾干燥成小颗粒;然后将得到的小颗粒先后进行200-300℃的低温烧结和800-1300℃的高温烧结,获得球状微米级纳米团聚陶瓷颗粒,团聚体尺寸分布范围为10-50μm。
一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的制备方法，将陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末送入球磨机中，并加入硅酸钠粘结剂，启动球磨机混合均匀，磨球机的转速为1000-2000r/min,时间为10-30min，停止球磨机将湿料取出后放入干燥箱进行真空或保护气热处理，经过充分干燥后进行颗粒分级，得到用于喷涂镀层的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的原料。
一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的喷涂方法，将得到的原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的基体表面，喷涂厚度为0.08-0.1mm，喷涂压力为0.3mpa-0.8mpa，再经200-400℃，30-60min烧结，得到一次涂层，在重复喷涂两次即可得到最终的涂层。
本发明的有益效果为：提出了一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层在强度、韧性、抗蚀，耐磨、热障和抗热疲劳等方面有显著改善。采用过渡层主要可减小陶瓷涂层与基体之间较大的物理性能差异,以松弛应力,避免涂层开裂,同时也增强涂层材料与基体的结合力。
具体实施方式
实施例1、一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，包括陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层以及基体，所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层包括陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末，陶瓷颗粒相的粒径范围为1µm-20µm，氧化物混合粉末的直径范围为1nm-500nm，氧化物混合粉末包括氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化镍和氧化铬，氯化物混合粉末的直径范围为1nm-100nm，氮化物混合粉末包括氮化钛和氮化硅。
所述的氧化物混合粉末中氧化铝28-40份、氧化硅10-20份、氧化锆8-15份、氧化镁20-30份、氧化镍1-5份和氧化铬30-60份。
所述的氯化物混合粉末中氮化钛1-5份和氮化硅1-5份。
所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层与基体之间有过渡层。
所述的过渡层的制备方法如下：过渡层采用喷雾干燥法制备，具体加工过程为：首先将粒径30-80nm纳米粒子配成胶状悬浮液,加入定量添加剂后,将该胶状悬浮液进行喷雾干燥成小颗粒;然后将得到的小颗粒先后进行200-300℃的低温烧结和800-1300℃的高温烧结,获得球状微米级纳米团聚陶瓷颗粒,团聚体尺寸分布范围为10-50μm。
实施例2、一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，包括陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层以及基体，所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层包括陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末，陶瓷颗粒相的粒径范围为10µm，氧化物混合粉末的直径范围为250nm，氧化物混合粉末包括氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化镍和氧化铬，氯化物混合粉末的直径范围为50nm，氮化物混合粉末包括氮化钛和氮化硅。
所述的氧化物混合粉末中氧化铝32份、氧化硅15份、氧化锆10份、氧化镁25份、氧化镍1份和氧化铬50份。
所述的氯化物混合粉末中氮化钛3份和氮化硅1份。
所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层与基体之间有过渡层。
所述的过渡层的制备方法如下：过渡层采用喷雾干燥法制备，具体加工过程为：首先将粒径50nm纳米粒子配成胶状悬浮液,加入定量添加剂后,将该胶状悬浮液进行喷雾干燥成小颗粒;然后将得到的小颗粒先后进行250℃的低温烧结和1000℃的高温烧结,获得球状微米级纳米团聚陶瓷颗粒,团聚体尺寸分布范围为25μm。
上述产品的特性如下：
名称 指标 标准
拉伸剪力 15.9MPa ASTMD1002
热膨胀系数 27*10(-6)/K ASTMD696
颜色 灰色
抗压强度 97.00MPa ASTMD695
覆盖范围 911平方厘米/千克（6mm厚度）
固化时间 2小时
固化强度 87D Shore ASTMD2240
固话收缩 0.001 ASTMD2566
介电常数 38 ASTMD150
绝缘强度 12.2kv/mm ASTMD149
弯曲强度 56.7MPa ASTMD790
混合粘度 非流挂腻子
弹性模数 5865MPa ASTMD638
活化寿命 24摄氏度下120分钟
再涂时间 2-4小时
比重 1.94克/立方厘米
比容 515立方厘米/千克
耐温性 湿：60摄氏度；干：232摄氏度
热导率 0.90W/(m*k) ASTMC177
实施例3、一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的制备方法，将陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末送入球磨机中，并加入硅酸钠粘结剂，启动球磨机混合均匀，磨球机的转速为1000-2000r/min,时间为10-30min，停止球磨机将湿料取出后放入干燥箱进行真空或保护气热处理，经过充分干燥后进行颗粒分级，得到用于喷涂镀层的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的原料。
实施例4、一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的喷涂方法，将得到的原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的基体表面，喷涂厚度为0.08-0.1mm，喷涂压力为0.3mpa-0.8mpa，再经200-400℃，30-60min烧结，得到一次涂层，在重复喷涂两次即可得到最终的涂层。
最后说明的是，选取上述实施例并对其进行了详细的说明和描述是为了更好的说明本发明专利的技术方案，并不是想要局限于所示的细节。本领域的技术人员对本发明的技术方案进行修改或同等替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，包括陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层以及基体，其特征在于：所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层包括陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末，陶瓷颗粒相的粒径范围为1µm-20µm，氧化物混合粉末的直径范围为1nm-500nm，氧化物混合粉末包括氧化钛、氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化镍和氧化铬，氯化物混合粉末的直径范围为1nm-100nm，氮化物混合粉末包括氮化钛和氮化硅。
2.根据权利要求1所述的一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，其特征在于：所述的氧化物混合粉末中氧化铝28-40份、氧化硅10-20份、氧化锆8-15份、氧化镁20-30份、氧化镍1-5份和氧化铬30-60份。
3.根据权利要求1所述的一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，其特征在于：所述的氯化物混合粉末中氮化钛1-5份和氮化硅1-5份。
4.根据权利要求1所述的一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，其特征在于：所述的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层与基体之间有过渡层。
5.根据权利要求4所述的一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层，其特征在于：所述的过渡层的制备方法如下：过渡层采用喷雾干燥法制备，具体加工过程为：首先将粒径30-80nm纳米粒子配成胶状悬浮液,加入定量添加剂后,将该胶状悬浮液进行喷雾干燥成小颗粒;然后将得到的小颗粒先后进行200-300℃的低温烧结和800-1300℃的高温烧结,获得球状微米级纳米团聚陶瓷颗粒,团聚体尺寸分布范围为10-50μm。
6.一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于：
将陶瓷颗粒相、氧化物混合粉末和氮化物混合粉末送入球磨机中，并加入硅酸钠粘结剂，启动球磨机混合均匀，磨球机的转速为1000-2000r/min,时间为10-30min，停止球磨机将湿料取出后放入干燥箱进行真空或保护气热处理，经过充分干燥后进行颗粒分级，得到用于喷涂镀层的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的原料。
7.一种无溶剂型可喷涂的陶瓷纳米颗粒复合耐磨涂层的喷涂方法，其特征在于：将得到的原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的基体表面，喷涂厚度为0.08-0.1mm，喷涂压力为0.3mpa-0.8mpa，再经200-400℃，30-60min烧结，得到一次涂层，在重复喷涂两次即可得到最终的涂层。
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