[发明专利]一种仿生功能梯度涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种仿生功能梯度涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将含有磁性纳米颗粒的混合溶液涂覆在树脂基底上，以形成产物Ⅰ；其中，磁性纳米颗粒包括外径为15‑25nm的颗粒和外径为45‑55nm的颗粒；步骤2：在竖直方向上施加磁场，以使磁性纳米颗粒在产物Ⅰ的内部重新分配，以形成产物Ⅱ；步骤3：对产物Ⅱ进行完全固化，即得到仿生功能梯度涂层。本发明所制得的仿生功能梯度涂层既具备小尺寸颗粒带来的能使涂层的各界面内磁性纳米颗粒的浓度从上至下呈更为平缓的梯度分布的优点；又具备大尺寸颗粒带来的能使具有磁性纳米颗粒最多的界面所拥有的磁性纳米颗粒的浓度值更大、弹性模量更高的优点。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，特别涉及一种仿生功能梯度涂层的制备方法。

背景技术

功能梯度涂层(functional gradient coating，简称FGC)，其传统的制造方法包括分层沉积、滑动铸造、离心沉降、化学或物理气相沉积等。然而，这些方法只适用于厚度为亚毫米级以上的涂料；且生产出来的涂层的各界面内颗粒的浓度从上至下呈陡峭的梯度分布，在受到复杂和循环载荷的冲击时，陡峭的梯度过渡使得涂层的耐磨性和耐受力严重不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生功能梯度涂层的制备方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种仿生功能梯度涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将含有磁性纳米颗粒的混合溶液涂覆在树脂基底上，以形成产物Ⅰ；其中，磁性纳米颗粒包括外径为15-25nm的颗粒和外径为45-55nm的颗粒；

步骤2：在产物Ⅰ的竖直方向上施加磁场，以使磁性纳米颗粒在产物Ⅰ的内部重新分配，以形成产物Ⅱ；

步骤3：对产物Ⅱ进行完全固化，即得到仿生功能梯度涂层。

本发明的有益效果是：利用磁场实现磁性纳米颗粒的梯度分配，能够实现10微米以下等级的涂料的制备；同时颗粒包括15-25nm的颗粒(小尺寸颗粒)和45-55nm的颗粒(大尺寸颗粒)，使得所制得的仿生功能梯度涂层既具备小尺寸颗粒带来的能使涂层的各界面内磁性纳米颗粒的浓度从上至下呈更为平缓的梯度分布，从而使得涂层在外界冲击下的耐磨性和耐受力更高的优点；又具备大尺寸颗粒带来的能使具有磁性纳米颗粒最多的界面所拥有的磁性纳米颗粒的浓度更大、弹性模量更高的优点；梯度涂层的优势是兼顾涂层表面的力学性能和其与基底材料间的界面匹配性，从而能同时具有表面高机械性能和界面耐久性。

进一步：混合溶液中磁性纳米颗粒的质量分数为15％-25％。

进一步：磁性纳米颗粒为Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co和Ni的一种或多种。

进一步：磁性纳米颗粒的外部包裹有非磁性物质。

上述进一步方案的有益效果是：使用核壳纳米颗粒能够有效避免磁性纳米颗粒的粘聚现象。

进一步：非磁性物质为SiO₂、SiC、Si₃N₄、TiN、TiO₂、TiC和BN中的一种或多种。

进一步：混合溶液中的液体物质采用与树脂基底相同的树脂材料。

上述进一步方案的有益效果是：利于混合溶液最终与树脂基底的结合，使得二者能够共同受力、且应力传递效果更佳。

进一步：树脂材料为Bis-GMA或TEGDMA。

进一步：步骤1中在涂覆混合溶液之前，需对树脂基底的表层进行固化。