【CN109750247A】一种复合材料涂层及其制备方法【专利】
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8 .一种如权利要求1所述的复合材料涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1)称量所需用到的原材料； 2) 制备第一层涂层 ：与金属零部件材料相同的金属材料和陶瓷粉末共同喷涂制备的 第 一层涂层； 3)利用机械加工和热处理消除第一层涂层明显界面； 4)制备第二层涂层：利用陶瓷粉末和合金共同喷涂制备2mm以上的涂层； 5) 制备第三层 ：根据所需喷涂形成图 案的颜色在染发剂中间体中选择任意一种或两种 的组合，然后根据图案色彩的搭配采用2，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1-(2-羟乙基)吡唑硫酸盐进行分区域喷涂。 9 .根据权利要求8所述的复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2) ，步骤4) 和步骤5)均为单次喷涂。
(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204
代理人 柏尚春
(51)Int .Cl . C23C 4/06(2016 .01) C09D 179/02(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109750247 A (43)申请公布日 2019.05.14
( 54 )发明 名称 一种复合材料涂层及其制备方法
2
CN 109750247 A
说 明 书
1/4 页
一种复合材料涂层及其制备方法
技术领域 [0001] 本发明涉及一种涂层，特别是一种复合材料涂层及其制备方法。
背景技术 [0002] 随着表面改性技术的发展，以及表面喷涂的功能涂层如热障涂层、耐磨涂层、耐腐 蚀涂层、绝缘涂层的应用环境越来越恶劣。恶劣环境下复合涂层性能的研究逐渐成为研究 重点。传统的单层涂层其各方面的性能都达不到应用于恶劣环境的需求。因此，在基体表面 喷涂不同成分的多层涂层来提高在高速、高温、高压、重载、腐蚀条件下工作的可靠性，相对 有效的 保 护工件表面 ，承受反复载荷能 力提高。机械零部件表面 增材涂层绿色 制造关键技 术对工件表面的改性直接提高了恶劣环境下工件的使用寿命。 [0003] 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 ，广泛 用于如航空航天 (如航空发动机高温叶 片) 、工程机械 (各种耐磨部件) 、建材机械 (如成型部件的绞龙) 、水电 设备 (如水轮机叶 片) 和管道运输系统 (如面临磨料磨损的管道 阀门)、发电燃气涡轮机(如高温叶片表面)等领域，目前国外对上述方面进行了较为全面的 研究 ，知识产权相对完整 ，特别是在航空航天以 及机械重要零部件的 相关涂层专利齐全 ，而 国内在这方面的知识产权相对零散，没有正对一个具体行业形成具有竞争力的专利。2011ITSC会议上日本专家Namba调查了全球热喷涂应用在钢铁行业相关的专利，调查结果表明 1990--2009年日本专利占 39％ ，美国专利占 22％ ，欧洲专利占 17％ ，中国专利占 9％ ，韩国专 利占 6％ ，俄 罗斯专利占 3％ ，巴 西专利占 3％ ，印 度专利占 1％。相对于日 本 、欧 美等发达国 家，中国热喷涂在钢铁行业的应用较少，发展空间巨大。从行业角度看，目前的发展趋势是 普通机械制备行业正在代替航空及军工工业，成为热喷涂的第一大行业。 [0004] 在特殊环境中，陶瓷涂层厚度是决定性能的重要指标，比如陶瓷层具有良好的绝 缘性能 ，陶瓷涂层的厚度可以 显著提高击穿电 压 ；超厚耐磨陶瓷涂层的 利用可以 进一步提 高部件寿命 ；导电 陶瓷涂层具有良 好的导电 性能 ，较厚的 涂层可以 极大的提高高温腐蚀环 境中的 应 用寿命 ；热障 涂层系统在提高基体抗氧化性能的 基础上 ，较厚的陶瓷涂层可以 进 一步降 低部件温度等。但是金属与陶瓷材料的物理化学特性完全不同 ，特别是由于晶体结 构、原子键构、热膨胀系数以 及硬度等 ，导致在金属合金表面难以 制备较厚 (≥2mm) 和高致 密(≥96％)的陶瓷涂层；随着等离子热喷涂制备技术的发展，利用热喷涂等方法形成的传 统陶瓷涂层厚度基本为1mm以下，即使利用粘结层提高涂层的结合强度，但喷涂过程中陶瓷 与合金等基体具有较大的热膨胀系数差异，多次喷涂后容易导致陶瓷涂层具有较大的内应 力，产生裂纹和脱落失效 ；所以 ，利用传统的热喷涂技术工艺和常规材料仍然不能大面积制 备超厚 (≥ 2mm) 高致密 (≥ 96％) 陶瓷涂层。这将是本项目中机械零部件表面 增材涂层绿色 制造关键技术的突破点之一。 [0005] 国内在热喷涂技术方面申请了许多专利，比如中国专利201010274694 .X“钻头锥 柄的修复方法”在合金表面用等离子喷涂NiAl结合层，然后利用火焰喷涂CrNi-Cr3C2涂层， 涂层厚度仅为0 .3-0 .5mm。中国专利201210533098 .8“一种铝合金耐磨涂层的制备方法”在
( 19 )中华人民 共和国国Fra bibliotek知识产权局( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910011729 .1
(22)申请日 2019 .01 .07
(71)申请人 江苏新宇生物科技有限公司 地址 214200 江苏省无锡市宜兴市丁蜀镇 大浦双庙村
(72)发明人 袁顺福 冯晶 袁郡 蒋爱新 范琳 许薇
权利要求书1页 说明书4页
CN 109750247 A
CN 109750247 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种复合材料涂层，其特征在于：包括三层涂层的叠加，第二层作为第一层和第三层 的夹层，第一层贴靠于机械零部件的外表面，第三层外露，第一层包括与金属零部件材料相 同的金属材料和陶瓷粉末，第二层包括陶瓷粉末和合金，第三层为着色涂层。
2 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第一层为为与金属零部件材料相 同的金属材料和陶瓷粉末共同喷涂制备的涂层。
3 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第二层为利用陶瓷粉末和合金共 同喷涂制备的2mm以上的涂层，合金为NiAl或FeCr。
4 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第三层为采用染发剂中间体中任 意一种或两种的组合共同喷涂制备的涂层。
5 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第一层中与金属零部件材料相同 的金属材料和陶瓷粉末按照质量份数配比为3～5:7～12。
6 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第二层中陶瓷粉末和合金按照质 量份数配比为3～6:5～8。
7 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第三层所述染发剂中间体为2，4二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1-(2-羟乙 基)吡唑硫酸盐，2，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 , 5-二氨基-1- (2-羟乙 基) 吡唑 硫酸盐 ，根据所需喷 涂形成的图 案采 用不同的 质量份数的 2 ， 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1-(2-羟 乙基)吡唑硫酸盐，2，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或 4 ,5-二氨基-1-(2-羟乙基)吡唑硫酸盐相互之间不混合。
( 57 )摘要 本发明公开了一种复合材料涂层，包括三层
涂 层的 叠 加 ，第二 层 作为 第一 层 和 第三 层的 夹 层 ，第一层贴靠于机械零部件的 外表面 ，第三层 外露 ，第一层为与金属零部件材料相同的金属材 料和陶瓷粉末共同喷涂制备的涂层，第二层为利 用陶瓷粉末和合金共同喷涂制备的涂层，第三层 为采用2 ，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双 ( 2-羟乙基 )-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1( 2-羟乙基 )吡唑硫酸盐中任意一种或两种的组 合共同喷涂制备的涂层。本发明还公开了此种复 合材料涂层的 制备方法。采用本发明的技术方 案，能够制备超厚涂层，且耐酸耐碱耐盐，能够制 备表面颜色绚丽的涂层。
(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204
代理人 柏尚春
(51)Int .Cl . C23C 4/06(2016 .01) C09D 179/02(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109750247 A (43)申请公布日 2019.05.14
( 54 )发明 名称 一种复合材料涂层及其制备方法
2
CN 109750247 A
说 明 书
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一种复合材料涂层及其制备方法
技术领域 [0001] 本发明涉及一种涂层，特别是一种复合材料涂层及其制备方法。
背景技术 [0002] 随着表面改性技术的发展，以及表面喷涂的功能涂层如热障涂层、耐磨涂层、耐腐 蚀涂层、绝缘涂层的应用环境越来越恶劣。恶劣环境下复合涂层性能的研究逐渐成为研究 重点。传统的单层涂层其各方面的性能都达不到应用于恶劣环境的需求。因此，在基体表面 喷涂不同成分的多层涂层来提高在高速、高温、高压、重载、腐蚀条件下工作的可靠性，相对 有效的 保 护工件表面 ，承受反复载荷能 力提高。机械零部件表面 增材涂层绿色 制造关键技 术对工件表面的改性直接提高了恶劣环境下工件的使用寿命。 [0003] 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 ，广泛 用于如航空航天 (如航空发动机高温叶 片) 、工程机械 (各种耐磨部件) 、建材机械 (如成型部件的绞龙) 、水电 设备 (如水轮机叶 片) 和管道运输系统 (如面临磨料磨损的管道 阀门)、发电燃气涡轮机(如高温叶片表面)等领域，目前国外对上述方面进行了较为全面的 研究 ，知识产权相对完整 ，特别是在航空航天以 及机械重要零部件的 相关涂层专利齐全 ，而 国内在这方面的知识产权相对零散，没有正对一个具体行业形成具有竞争力的专利。2011ITSC会议上日本专家Namba调查了全球热喷涂应用在钢铁行业相关的专利，调查结果表明 1990--2009年日本专利占 39％ ，美国专利占 22％ ，欧洲专利占 17％ ，中国专利占 9％ ，韩国专 利占 6％ ，俄 罗斯专利占 3％ ，巴 西专利占 3％ ，印 度专利占 1％。相对于日 本 、欧 美等发达国 家，中国热喷涂在钢铁行业的应用较少，发展空间巨大。从行业角度看，目前的发展趋势是 普通机械制备行业正在代替航空及军工工业，成为热喷涂的第一大行业。 [0004] 在特殊环境中，陶瓷涂层厚度是决定性能的重要指标，比如陶瓷层具有良好的绝 缘性能 ，陶瓷涂层的厚度可以 显著提高击穿电 压 ；超厚耐磨陶瓷涂层的 利用可以 进一步提 高部件寿命 ；导电 陶瓷涂层具有良 好的导电 性能 ，较厚的 涂层可以 极大的提高高温腐蚀环 境中的 应 用寿命 ；热障 涂层系统在提高基体抗氧化性能的 基础上 ，较厚的陶瓷涂层可以 进 一步降 低部件温度等。但是金属与陶瓷材料的物理化学特性完全不同 ，特别是由于晶体结 构、原子键构、热膨胀系数以 及硬度等 ，导致在金属合金表面难以 制备较厚 (≥2mm) 和高致 密(≥96％)的陶瓷涂层；随着等离子热喷涂制备技术的发展，利用热喷涂等方法形成的传 统陶瓷涂层厚度基本为1mm以下，即使利用粘结层提高涂层的结合强度，但喷涂过程中陶瓷 与合金等基体具有较大的热膨胀系数差异，多次喷涂后容易导致陶瓷涂层具有较大的内应 力，产生裂纹和脱落失效 ；所以 ，利用传统的热喷涂技术工艺和常规材料仍然不能大面积制 备超厚 (≥ 2mm) 高致密 (≥ 96％) 陶瓷涂层。这将是本项目中机械零部件表面 增材涂层绿色 制造关键技术的突破点之一。 [0005] 国内在热喷涂技术方面申请了许多专利，比如中国专利201010274694 .X“钻头锥 柄的修复方法”在合金表面用等离子喷涂NiAl结合层，然后利用火焰喷涂CrNi-Cr3C2涂层， 涂层厚度仅为0 .3-0 .5mm。中国专利201210533098 .8“一种铝合金耐磨涂层的制备方法”在
( 19 )中华人民 共和国国Fra bibliotek知识产权局( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910011729 .1
(22)申请日 2019 .01 .07
(71)申请人 江苏新宇生物科技有限公司 地址 214200 江苏省无锡市宜兴市丁蜀镇 大浦双庙村
(72)发明人 袁顺福 冯晶 袁郡 蒋爱新 范琳 许薇
权利要求书1页 说明书4页
CN 109750247 A
CN 109750247 A
权 利 要 求 书
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1 .一种复合材料涂层，其特征在于：包括三层涂层的叠加，第二层作为第一层和第三层 的夹层，第一层贴靠于机械零部件的外表面，第三层外露，第一层包括与金属零部件材料相 同的金属材料和陶瓷粉末，第二层包括陶瓷粉末和合金，第三层为着色涂层。
2 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第一层为为与金属零部件材料相 同的金属材料和陶瓷粉末共同喷涂制备的涂层。
3 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第二层为利用陶瓷粉末和合金共 同喷涂制备的2mm以上的涂层，合金为NiAl或FeCr。
4 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第三层为采用染发剂中间体中任 意一种或两种的组合共同喷涂制备的涂层。
5 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第一层中与金属零部件材料相同 的金属材料和陶瓷粉末按照质量份数配比为3～5:7～12。
6 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第二层中陶瓷粉末和合金按照质 量份数配比为3～6:5～8。
7 .根据权利要求1所述的复合材料涂层，其特征在于：第三层所述染发剂中间体为2，4二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1-(2-羟乙 基)吡唑硫酸盐，2，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 , 5-二氨基-1- (2-羟乙 基) 吡唑 硫酸盐 ，根据所需喷 涂形成的图 案采 用不同的 质量份数的 2 ， 4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1-(2-羟 乙基)吡唑硫酸盐，2，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双(2-羟乙基)-对苯二胺硫酸盐或 4 ,5-二氨基-1-(2-羟乙基)吡唑硫酸盐相互之间不混合。
( 57 )摘要 本发明公开了一种复合材料涂层，包括三层
涂 层的 叠 加 ，第二 层 作为 第一 层 和 第三 层的 夹 层 ，第一层贴靠于机械零部件的 外表面 ，第三层 外露 ，第一层为与金属零部件材料相同的金属材 料和陶瓷粉末共同喷涂制备的涂层，第二层为利 用陶瓷粉末和合金共同喷涂制备的涂层，第三层 为采用2 ，4-二氨基苯氧基乙醇盐酸盐、N ,N-双 ( 2-羟乙基 )-对苯二胺硫酸盐或4 ,5-二氨基-1( 2-羟乙基 )吡唑硫酸盐中任意一种或两种的组 合共同喷涂制备的涂层。本发明还公开了此种复 合材料涂层的 制备方法。采用本发明的技术方 案，能够制备超厚涂层，且耐酸耐碱耐盐，能够制 备表面颜色绚丽的涂层。