CN112708291A - 一种金属密封件涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属密封件涂层材料及其制备方法。该涂层材料配方原料采用耐高温填料、助剂等加入含有溶剂的耐高温结合剂中进行改性，达到涂层材料表面修饰的目的，制备出的密封件涂层材料具有耐高温，性能稳定等优良特性，能在800℃的高温工况下使用，增加密封件的使用寿命。本发明所述制备工艺仅需要在常温环境下就可进行，配方原料球磨后用标准筛过滤，采用喷涂工艺就可制备。工艺简单，操作便捷，成本低。

Description

一种金属密封件涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及密封技术领域，具体涉及一种金属密封件涂层材料及其制备方法。
背景技术
目前，发动机密封件主要有石棉橡胶复合密封件、金属复合密封件、复合涂层材料密封件等类型。其中，石棉橡胶密封件耐温低，不符合环保要求。金属密封件工艺复杂，成本较高。复合涂层材料密封件则工艺相对简便，且符合环保要求，应用前景广阔。通过在密封件表面制备出高性能的涂层材料，能够很好地满足大功率发动机工业应用的需要，具有巨大的使用价值。
大功率发动机密封件的使用工况复杂，需要在高温、高压、高速等环境下应用，保证发动机的密封性。目前大功率发动机金属密封件涂层材料所采用的的二硫化钼体系存在的耐温低，无法在高温条件下使用，不能够满足现阶段大功率发动机使用的技术缺陷，而且随着国六标准的发布，对发动机的环保要求进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于一种耐高温、化学稳定性好、抗热震性能良好、耐腐蚀的高性能涂层材料及其制备方法。
一种金属密封件涂层材料，其特征在于，包括下述组分:填料，改性结合剂，溶剂；所述改性结合剂包括:助剂和结合剂，助剂起到高温耦合和键连的作用，能够促进高温结合性能以及高温抗热震性能。改性结合剂具有更高的耐温性能，能够长时间在800摄氏度高温工况下使用；耐腐蚀，化学性能稳定；和金属基材有良好的的附着力，能够很好地附着在基材表面。
进一步的，所述助剂质量百分比为0.1～0.5；所述结合剂质量百分比为30～50％；所述填料质量百分比为13～32％；所述溶剂质量百分比为27～51％。
进一步的，所述填料由氧化铝、氧化锌、氮化硼、氟化钙、氧化锆、石英粉组成。
进一步的，所述填料的质量各组分的质量配比为:3～12的氧化铝；8～18的氧化锌；12～42的氮化硼；32～63的氟化钙；5～26的氧化锆；6～21的石英粉。
进一步的，所述助剂包括:聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、邻苯二甲酸二乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲基硅油的一种或几种。
进一步的，所述结合剂包括:无机硅树脂、有机硅树脂、水玻璃、磷酸二氢铝的一种或几种。
进一步的，所述溶剂包括:无水乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、水的一种或几种。
根据上述技术方案所述的金属密封件涂层材料的制备方法，包括以下步骤:
S01:将结合剂与助剂混合，经过油浴得到改性结合剂；
S02:将高温填料与改性结合剂以及溶剂进行混合研磨；
S03:使用标准筛进行过滤，在室温环境下密封24小时以上，得到密封涂料。
进一步的，其特征在于，所述油浴温度为50℃，油浴时间为24小时。
进一步的，其特征在于，所述研磨时间为15～40分钟。
进一步的，根据上述技术方案的金属密封件涂层材料的应用，将密封件做预处理，常温环境喷涂涂料，喷涂之前，金属基材表面不需要进行喷砂等处理，节省了不必要的工序和成本，厚度15～60微米，室温放置，而后置于干燥箱，烘干后得到高性能密封件涂层。
进一步的，其特征在于，所述干燥箱温度为100～180℃，烘干温度0.2～2小时。
与现有技术相比，本项发明具有如下的有益效果:
(1)现阶段发动机涂层密封材料耐温较低，无法满足大功率发动机的使用需要。本次制备的涂层材料具有更高的耐温性能，在涂层制备的过程中，添加耐高温树脂和填料，使制备的涂层材料能够在800℃的工况环境下长时间使用，可满足现阶段大功率发动机工业应用的迫切需要。由于涂层材料具有很好的耐高温性能，能够在发动机使用的高温工况环境下，防止金属基材发生腐蚀，延长密封件的使用寿命。
(2)在涂层制备过程中添加具有高温自润滑的填料，使涂层材料具有高温自润滑作用，高温密封性好，能够防止气体泄漏。
(3)由于涂层材料在制备的过程中添加具有化学稳定性好的填料，使用耐腐蚀的高温粘结剂，制备的涂层材料化学稳定性良好，耐腐蚀，保障了发动机密封件的正常使用。
(4)本次制备的涂层材料采用耐高温树脂，添加多种热膨胀系数不同的填料进行组合，使得制备的涂层热膨胀系数和金属基材匹配，相应的密封件具有良好抗热震性能。
(5)相较于现有技术，本次制备的涂层成本和使用成本更低，喷涂之前金属基材表面不需要进行喷砂等处理，具有更大的使用价值。
(6)制备工艺更灵活和简洁，可以采用刷涂和喷涂等多种方式进行。
(7)制备的涂层表面更平滑，更美观。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
在常温下，将0.1％甲基硅油与42％的无机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入26％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英粉＝3:8:12:32:5:6)，31.9％的异丙醇，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。将过滤后的涂料，置于室温环境下密封24小时以上。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层15微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于150摄氏度的烘箱中干燥0.5小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力1级，涂层材料硬度达到5H左右，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中涂层材料无肉眼可见裂纹。
实施例2:
在常温下，将0.1％聚乙烯醇缩丁醛与42％的无机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入13％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝3:10:14:62:5:6)，44.9％的无水乙醇，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。将过滤后的涂料，置于室温环境下密封24小时以上。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于150摄氏度的烘箱中干燥0.5小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，硬度达到5H左右，附着力1级，没有完全遮住基体底色，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验涂层材料中无肉眼可见裂纹。
实施例3:
在常温下，将0.1％聚乙二醇200与30％的无机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入26％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝3:10:14:62:5:6)，43.9％的正丙醇，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于100摄氏度的烘箱中干燥0.5小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力2级，硬度达到2H左右，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中涂层材料无肉眼可见裂纹。
实施例4:
在常温下，将0.1％聚乙二醇600与50％的无机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入18％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝12:10:14:53:5:6)，31.9％的正丁醇，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层60微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于180摄氏度的烘箱中干燥2小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力1级，涂层材料硬度达到6H，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中有肉眼可见裂纹。
实施例5:
在常温下，将0.5％聚乙二醇1000与45％的有机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入23％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝3:18:14:40:10:15)，31.5％的丙二醇甲醚，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于120摄氏度的烘箱中干燥0.5小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力1级，涂层材料硬度达到4H，不耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中有肉眼可见裂纹。
实施例6:
在常温下，将0.5％邻苯二甲酸二乙酯与39％的有机硅树脂混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入23％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝3:8:42:32:6:9)，37.5％的丙二醇甲醚，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于120摄氏度的烘箱中干燥0.2小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力1级，涂层材料硬度达到3H，不耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中涂层材料有肉眼可见裂纹。
实施例7:
在常温下，将0.1％聚丙烯酰胺与35％的水玻璃混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入21％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝7:12:14:36:26:5)，43.9％的水，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于100摄氏度的烘箱中干燥0.2小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面有细小颗粒，附着力1级，涂层材料硬度达到2H，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中有肉眼可见裂纹。
实施例8:
在常温下，将0.1％聚环氧乙烷与41％的磷酸二氢铝混合搅拌1小时，置于50℃油浴中反应24小时。加入23％耐高温填料(氧化铝:氧化锌:氮化硼:氟化钙:氧化锆:石英＝6:9:20:39:5:21)，35.9％的水，将高温填料、改性结合剂以及溶剂混合研磨30分钟，用325目筛网过滤。在清理密封件表面的灰尘、水渍、油污后，将涂料采用3毫米口径的喷枪，在不锈钢垫片表面喷涂一层30微米左右的氮化硼涂层材料。待涂层材料自然干燥一小时后，置于120摄氏度的烘箱中干燥1小时左右，制备得到具有密封效果的耐高温垫片涂层材料。该涂层材料疏水、疏油，表面光滑平整，附着力1级，涂层材料硬度达到2H，耐800摄氏度高温，在水冷热震实验中有肉眼可见裂纹。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种金属密封件涂层材料，其特征在于，包括下述组分:填料，改性结合剂，溶剂；所述改性结合剂包括:助剂和结合剂；
所述助剂质量百分比为0.1～0.5；所述结合剂质量百分比为30～50％所述填料质量百分比为13～32％；所述溶剂质量百分比为27～51％。
2.根据权利要求1所述的金属密封件涂层材料，其特征在于，所述填料由氧化铝、氧化锌、氮化硼、氟化钙、氧化锆、石英粉组成。
所述填料的质量各组分的质量配比为:3～12份的氧化铝；8～18的份的氧化锌；12～42份的氮化硼；32～63份的氟化钙；5～26份的氧化锆；6～21份的石英粉。
3.根据权利要求1所述的金属密封件涂层材料，其特征在于，所述助剂包括:聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、邻苯二甲酸二乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、甲基硅油的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的金属密封件涂层材料，其特征在于，所述结合剂包括:无机硅树脂、有机硅树脂、水玻璃、磷酸二氢铝的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的金属密封件涂层材料，其特征在于，所述溶剂包括:无水乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、水的一种或几种。
6.根据权利要求1-5所述的金属密封件涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
S01:将结合剂与助剂混合，经过油浴得到改性结合剂；
S02:将高温填料与改性结合剂以及溶剂进行混合研磨；
S03:使用标准筛进行过滤，在室温环境下密封，得到密封涂料。
7.根据权利要求6所述的金属密封件涂层材料的制备方法，其特征在于，所述油浴温度为50～80℃，油浴时间为24～48小时。
8.根据权利要求6所述的金属密封件涂层材料的制备方法，其特征在于，所述研磨时间为15～40分钟。
9.根据权利要求1-8所述的金属密封件涂层材料的应用，将密封件做预处理，常温环境喷涂涂料，厚度15～60微米，室温放置，而后置于干燥箱，烘干后得到高性能密封件涂层。
10.根据权利要求9所述的金属密封件涂层材料的应用，其特征在于，所述干燥箱温度为100～180℃，烘干时间为0.2～2小时。
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