CN111118499A - 一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法 - Google Patents

一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法。本发明中陶瓷粉成分中的氧化铈为稀土氧化物中活性最强的氧化物，它能加强复合镀液中陶瓷粉体与涂覆的基体材料分子间的原子轨道交互作用，降低界面反应的活化能，促进界面反应的发生，使陶瓷粉体中含活性镍原子能与基体材料中的金属形成金属键，提高了用于加工涂料混合器具用材料与基体材料之间的密着性，复合镀液中水化氧化铝粒子吸附周围金属离子而带正电，基材表面带负电，可再基材表面形成一层致密陶瓷晶粒，晶粒间界面能较高，从而使金属陶瓷粉体间的结合力提高，保持高致密度，应用于搅拌剪切时不易产生磨损，提高耐磨性能，应用前景广阔。

Description

一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法。
背景技术
随着工业的发展，对于某些金属零件的性能要求越来越高。在涂料加工领域，加工涂料过程中用于搅拌的混合器具在高温下需要保持强度，其表面又具有良好的抗高温氧化腐蚀性能，从而达到工业生产对合金高温性能的要求，也能提高合金零件的使用寿命，降低工业生产成本与零件的修复成本。
而陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成型和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高密度、高耐磨性、耐氧化、耐腐蚀等特性，同时还具有密度小、弹性模量大、强度高等特点，已成为一类应用非常广泛的材料。而将陶瓷材料制备成涂层，可以极大地提升陶瓷材料的一些性能，并且可以拓宽陶瓷材料的应用领域，陶瓷涂层可以满足不同硬度、隔热、防腐和抗氧化、导电和绝缘、抗高温等不同部件的功能，将陶瓷涂层用于加工器具表面具有广阔的应用前景。而用于加工涂料混合器具使用普通涂层容易遭受在高温和热循环条件下涂层容易剥落，难以在工程中得到广泛应用。
因此，研制出一种耐热、耐磨、高硬度的用于加工涂料混合器具用材料，很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)将氧化钡、氧化硼、氧化铝、氧化铈和氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温，保温烧结2～3h，取出刚玉坩埚，用水淬冷处理20～25min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨3～4h，过200目筛得到陶瓷粉；
(2)按重量份数计，将70～80份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60～70份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以700～800r/min的转速球磨6～7h，得到金属陶瓷浆料；
(3)取直径为5～10mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条10～15min后，以去离子水冲洗钢条3～4次得到基材；
(4)将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥20～24h，得到金属陶瓷干粉，将70～80g金属陶瓷干粉分散于200～220mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以3000～4000r/min的转速高速分散20～25min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中10～15min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为1～3mm，得到浸涂材料；
(5)将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为30～50Pa，向电阻炉中通满氩气，进行烧结，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
步骤(1)所述的制备陶瓷粉的各组分原料，按重量份数计，包括30～35份氧化钡、16～18份氧化硼、13～15份氧化铝、25～30份氧化铈和3～5份氧化锆。
步骤(1)所述的保温烧结温度控制为1450～1500℃，冷淬温度控制为20～25℃。
步骤(2)所述的金属陶瓷粉料由镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到。
步骤(3)所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至60～70℃后所得。
步骤(4)所述的化学镀溶液，按重量份数计，由30～35份六水硫酸镍、20～30份水合肼、10～15份质量分数为20％氢氧化钠溶液、30～40份去离子水和20～25份铝粉混合得到。
步骤(5)所述的烧结的具体过程为：以4～5℃/min的升温速率加热升温至700～800℃，保温处理2～3h，继续升温至1050～1100℃，保温烧结30～35min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中陶瓷粉成分中的氧化铈为稀土氧化物中活性最强的氧化物，它能加强复合镀液中陶瓷粉体与涂覆的基体材料分子间的原子轨道交互作用，降低界面反应的活化能，促进界面反应的发生，使陶瓷粉体中含活性镍原子能与基体材料中的金属形成金属键，提高了用于加工涂料混合器具用材料与基体材料之间的密着性，在高温条件下不易从基体材料中脱落，提高用于加工涂料混合器具用材料耐高温性能；
(2)本发明中用复合镀液浸涂基材时，复合镀液中水化氧化铝粒子吸附周围金属离子而带正电，基材表面带负电，在静电吸引力的作用下水化氧化铝粒子不断地向基材表面迁移，当其靠近基材后，水化氧化铝粒子接触到基材表面，并从基材上得到电子，使水化氧化铝粒子周围金属离子分散开来，在基材表面水化氧化铝粒子发生脱水聚合反应，生成氧化铝粒子，氧化铝粒子在基材表面沉积，形成高密度的氧化金属膜，在陶瓷退火处理过程中，空气会对金属陶瓷进行预氧化作用，金属陶瓷表面可形成一层致密陶瓷晶粒，晶粒间界面能较高，从而使金属陶瓷粉体间的结合力提高，保持高致密度，应用于搅拌剪切时不易产生磨损，从而提高用于加工涂料混合器具用材料的耐磨性能，应用前景广阔。
具体实施方式
按重量份数计，将30～35份氧化钡、16～18份氧化硼、13～15份氧化铝、25～30份氧化铈和3～5份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温至1450～1500℃，保温烧结2～3h，取出刚玉坩埚，用20～25℃的水淬冷处理20～25min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨3～4h，过200目筛得到陶瓷粉；按重量份数计，将镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到金属陶瓷粉料，将70～80份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60～70份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以700～800r/min的转速球磨6～7h，得到金属陶瓷浆料；取直径为5～10mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条10～15min后，以去离子水冲洗钢条3～4次得到基材，所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至60～70℃后所得；将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥20～24h，得到金属陶瓷干粉，将70～80g金属陶瓷干粉分散于200～220mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以3000～4000r/min的转速高速分散20～25min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中10～15min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为1～3mm，得到浸涂材料，所述的化学镀溶液按重量份数计，由30～35份六水硫酸镍、20～30份水合肼、10～15份质量分数为20％氢氧化钠溶液、30～40份去离子水和20～25份铝粉混合得到；将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为30～50Pa，向电阻炉中通满氩气，以4～5℃/min的升温速率加热升温至700～800℃，保温处理2～3h，继续升温至1050～1100℃，保温烧结30～35min，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
实例1
按重量份数计，将35份氧化钡、18份氧化硼、15份氧化铝、25份氧化铈和3～5份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温至1450℃，保温烧结2h，取出刚玉坩埚，用20℃的水淬冷处理20min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨3h，过200目筛得到陶瓷粉；按重量份数计，将镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到金属陶瓷粉料，将70份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以700r/min的转速球磨6h，得到金属陶瓷浆料；取直径为5mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条10min后，以去离子水冲洗钢条3次得到基材，所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至60℃后所得；将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至80℃，干燥20h，得到金属陶瓷干粉，将70g金属陶瓷干粉分散于200mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以3000r/min的转速高速分散20min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中10min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为1mm，得到浸涂材料，所述的化学镀溶液按重量份数计，由30份六水硫酸镍、20份水合肼、10份质量分数为20％氢氧化钠溶液、30份去离子水和20份铝粉混合得到；将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为30Pa，向电阻炉中通满氩气，以4℃/min的升温速率加热升温至700℃，保温处理2h，继续升温至1050℃，保温烧结30min，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
实例2
按重量份数计，将33份氧化钡、17份氧化硼、14份氧化铝、28份氧化铈和4份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温至1470℃，保温烧结3h，取出刚玉坩埚，用23℃的水淬冷处理23min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨4h，过200目筛得到陶瓷粉；按重量份数计，将镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到金属陶瓷粉料，将75份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入65份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以750r/min的转速球磨7h，得到金属陶瓷浆料；取直径为8mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条12min后，以去离子水冲洗钢条4次得到基材，所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至65℃后所得；将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至85℃，干燥22h，得到金属陶瓷干粉，将75g金属陶瓷干粉分散于210mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以3500r/min的转速高速分散23min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中13min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为2mm，得到浸涂材料，所述的化学镀溶液按重量份数计，由34份六水硫酸镍、25份水合肼、13份质量分数为20％氢氧化钠溶液、35份去离子水和22份铝粉混合得到；将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为40Pa，向电阻炉中通满氩气，以5℃/min的升温速率加热升温至750℃，保温处理3h，继续升温至1075℃，保温烧结33min，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
实例3
按重量份数计，将35份氧化钡、18份氧化硼、15份氧化铝、30份氧化铈和5份氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温至1500℃，保温烧结3h，取出刚玉坩埚，用25℃的水淬冷处理25min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨4h，过200目筛得到陶瓷粉；按重量份数计，将镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到金属陶瓷粉料，将80份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入70份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以800r/min的转速球磨7h，得到金属陶瓷浆料；取直径为10mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条15min后，以去离子水冲洗钢条4次得到基材，所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至70℃后所得；将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至90℃，干燥24h，得到金属陶瓷干粉，将80g金属陶瓷干粉分散于220mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以4000r/min的转速高速分散25min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中15min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为3mm，得到浸涂材料，所述的化学镀溶液按重量份数计，由35份六水硫酸镍、30份水合肼、15份质量分数为20％氢氧化钠溶液、40份去离子水和25份铝粉混合得到；将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为50Pa，向电阻炉中通满氩气，以5℃/min的升温速率加热升温至800℃，保温处理3h，继续升温至1100℃，保温烧结35min，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
对比例
以南京市某公司生产的涂料加工用搅拌桨叶材料作为对比例
对本发明制得的用于加工涂料混合器具用材料和对比例中的涂料加工用搅拌桨叶材料进行检测，检测结果如表1所示：
1、耐磨性测试
将本发明制备的实例1～3和对比例样品进行耐磨测试，由磨耗仪在室温下测试耐磨性(测试条件：砂轮CS-10，负载力500g，循环500次)，通过测试循环后的质量损失来表征涂层的耐磨性，质量损失越少，涂层的耐刮伤性越好。
2、硬度测试
采用维氏硬度计进行测定。
表1
Figure BDA0002349623990000091
Figure BDA0002349623990000101
由表1数据可知，本发明制得的用于加工涂料混合器具用材料具有耐磨性好、耐高温性强、硬度高等优点，明显优于对比例产品。因此，具有广阔的使用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)将氧化钡、氧化硼、氧化铝、氧化铈和氧化锆混合放入刚玉坩埚中，将坩埚移入马弗炉中，加热升温，保温烧结2～3h，取出刚玉坩埚，用水淬冷处理20～25min，得到冷淬料，随后放入研钵中研磨3～4h，过200目筛得到陶瓷粉；
(2)按重量份数计，将70～80份金属陶瓷粉料置于行星球磨机中，向行星球磨机中倒入60～70份质量分数为20％的聚乙烯醇水溶液，以700～800r/min的转速球磨6～7h，得到金属陶瓷浆料；
(3)取直径为5～10mm的钢条用砂纸打磨光洁后，用丙酮擦洗钢条表面，再碱液清洗钢条10～15min后，以去离子水冲洗钢条3～4次得到基材；
(4)将金属陶瓷浆料置于烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥20～24h，得到金属陶瓷干粉，将70～80g金属陶瓷干粉分散于200～220mL化学镀溶液后，置于高速分散机中，以3000～4000r/min的转速高速分散20～25min，得到复合镀液，将基材浸入复合镀液中10～15min，将基材取出后用复合镀液继续涂覆基材表面，控制涂层厚度为1～3mm，得到浸涂材料；
(5)将浸涂材料置于电阻炉中，对电阻炉抽真空至真空度为30～50Pa，向电阻炉中通满氩气，进行烧结，自然冷却至室温后，形成浸涂保护层，得到用于加工涂料混合器具用材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的制备陶瓷粉的各组分原料，按重量份数计，包括30～35份氧化钡、16～18份氧化硼、13～15份氧化铝、25～30份氧化铈和3～5份氧化锆。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的保温烧结温度控制为1450～1500℃，冷淬温度控制为20～25℃。
4.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的金属陶瓷粉料由镍粉与陶瓷粉按质量比1︰3混合得到。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的碱液是由质量分数为20％的氢氧化钠溶液，加热至60～70℃后所得。
6.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的化学镀溶液，按重量份数计，由30～35份六水硫酸镍、20～30份水合肼、10～15份质量分数为20％氢氧化钠溶液、30～40份去离子水和20～25份铝粉混合得到。
7.根据权利要求1所述的一种用于加工涂料混合器具用材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述的烧结的具体过程为：以4～5℃/min的升温速率加热升温至700～800℃，保温处理2～3h，继续升温至1050～1100℃，保温烧结30～35min。
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CN108179405A (zh) * 2017-12-18 2018-06-19 常州市好利莱光电科技有限公司 一种耐磨耐高温金属陶瓷涂层的制备方法
CN108754462A (zh) * 2018-07-11 2018-11-06 佛山陵朝新材料有限公司 一种纳米氧化铝补强耐磨衬板的制备方法

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