[发明专利]一种无机涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种无机涂层及其制备方法。

背景技术

体积磨损率涂层作为表面改性的一种手段，能够赋予基体材料优异的体积磨损率性能，延长其使用寿命。因此，体积磨损率涂层的研究一直受到人们的广泛关注。体积磨损率涂层材料通常要求具有最小化或降低水渗透和/或例如钢和铁的金属腐蚀的疏水性能，但是，某些特定应用场合需要高体积磨损率性涂层材料，因此对于提高涂层的体积磨损率性已成为目前研究的热点之一。

金属钼(Mo)具有抗腐蚀、耐粘着磨损、高导热率、低膨胀系数以及优异的抗热冲击性能等特点，常被用于改善减速器同步环、内燃机活塞环的摩擦学性能。目前，制备钼涂层的工艺有爆炸喷涂、火焰喷涂和等离子喷涂等。爆炸喷涂技术工艺较复杂，此方法制备钼涂层仅见实验室报道。工业应用较多的是氧-乙炔火焰丝材喷涂方法，该方法设备简单，但所制备的钼涂层孔隙率较大，涂层内部结合较差，导致其体积磨损率性能降低、使用寿命偏短。Mo属于金属材料，易于进行机械加工，但同时其硬度较低(1500MPa-1600MPa)，导致其体积磨损率损性能降低，使用寿命较短。在钼涂层中添加陶瓷组分，有利于改善其体积磨损率性能。

等离子喷涂涂层具有孔隙率低、结合强度高、喷涂原料为粉体、喷涂材料范围广等特点。目前已有研究采用等离子喷涂方法制备了用于汽车同步器的等离子喷涂钼合金涂层，并研究了添加合金元素对其体积磨损率性能的影响。

因此，如何研发一种具有低磨损率，并具有较低的热膨胀系数的无机涂层是目前的重点。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明通过调整无机涂层中的各组分，改善了涂层的各性能，使其具有低磨损率，并具有较低的热膨胀系数。

为达此目的，本发明采用了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种无机涂层，所述涂层含有聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维、微溶的金属氧化物/氢氧化物和可溶的碱性无机盐；所述微溶的金属氧化物/氢氧化物为氧化镁、氢氧化镁、氧化钙或氢氧化钙中的至少一种；所述可溶的碱性无机盐为磷酸盐或硅酸盐的碱金属或碱土金属盐中的一种或多种。

本发明通过在含有可溶的碱性无机盐的涂层的基础上，再加入聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维和微溶的金属氧化物/氢氧化物，其中可溶的碱性无机盐和聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维以及微溶的金属氧化物/氢氧化物三者之间能够发挥协同增效作用，其涂层具有低磨损率，并降低了热膨胀系数。

优选地，本发明所述涂层中，聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维的质量分数为 60-80％，例如可以是60％、65％、68％、70％、72％、75％、80％；微溶的金属氧化物/氢氧化物的质量分数为5-10％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、 10％；所述可溶的碱性无机盐的质量分数为10-35％，例如可以是10％、12％、 15％、22％、25％、28％、30％、32％、35％。

本发明中，所述涂层厚度为200-1000μm，例如可以是200μm、400μm、 600μm、800μm、1000μm，优选为300-600μm。

第二方面，本发明还提供了第一方面所述的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维；

(2)将步骤(1)得到的聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维与微溶的金属氧化物 /氢氧化物和可溶的碱性无机盐均匀混合后，作为原料；

(3)采用等离子喷涂方法，将原料喷涂在基材上，得到所述涂层。

本发明中，所述金属基材包括不锈钢。

本发明中，所述聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维采用以下方法制得：使用浓硫酸和浓硝酸的混合溶液将多壁碳纳米管进行功能化处理后，与聚丙烯腈共混，采用湿法成形方法制备得到。

具体地，所述聚丙烯腈/碳纳米管导电纤维采用以下方法制得：

(1)碳纳米管的功能化处理：原料所用多壁碳纳米管的直径为40-60nm，长度为0.5-500μm，纯度大于95％；称取一定量的多壁碳纳米管放入反应器中，剧烈搅拌下加入98％的浓硫酸和70％的浓硝酸的混合液，放入恒温油浴中回流 1-3h取出，用去离子水反复冲洗，最后把所得黑色固体放在真空烘箱中于 40-50℃干燥。

(2)聚丙烯腈/碳纳米管纺丝原液的制备：