表面耐磨抗氧化涂层、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种表面耐磨抗氧化涂层、制备方法及其应用。所述表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，包括下述步骤：(1)将15～20重量份莫来石粉、20～30重量份红柱石粉、12～16重量份单质硅粉、12～16重量份碳化硅粉、7～8重量份氧化铝粉、20～25重量份糊精、40～70重量份水、0.1～0.3重量份分散剂、0.1～0.3重量份增稠剂和0.09～0.2重量份附着力促进剂，搅拌混合均匀，形成涂层浆料；(2)涂覆在复合材料表面，形成涂层；(3)在1300～1400℃烧结2～4小时。在表面涂覆了与底材结合牢固的本发明专利技术的表面耐磨抗氧化涂层，提高了材料的安全性、抗氧化性和耐冲击性，有效提高了材料的使用温度，延长使用寿命。

Surface abrasion resistant and oxidation resistant coating, preparation method and application thereof

The invention discloses a surface wear-resistant and anti-oxidation coating, a preparation method and application thereof. The preparation method of the anti-wear and anti-oxidation coating on the surface includes the following steps: (1) 15-20 parts of mullite powder, 20-30 parts of andalusite powder, 12-16 parts of silicon powder, 12-16 parts of silicon carbide powder, 7-8 parts of alumina powder, 20-25 parts of dextrin, 40-70 parts of water and 0.1-0.3 parts of silicon powder, 12-16 parts of silicon carbide powder, 7-8 parts of alumina powder, 20-25 parts of dextrin, 40-70 parts of water Powder, 0.1-0.3 wt. thickener and 0.09-0.2 wt. adhesion promoter mix evenly to form coating slurry; (2) coating on the surface of composite materials to form coating; (3) sintering at 1300-1400 wt. for 2-4 hours. The surface of the invention is coated with an anti-wear and anti-oxidation coating which is firmly combined with the substrate, thereby improving the safety, anti-oxidation and impact resistance of the material, effectively improving the service temperature of the material and prolonging its service life.

【技术实现步骤摘要】
表面耐磨抗氧化涂层、制备方法及其应用
本专利技术涉及一种涂层、制备方法及其应用，尤其涉及一种表面耐磨抗氧化涂层、制备方法及其应用。
技术介绍
市场上的工业和民用电热器具的核心部件是电热元件。电热元件质量的好坏，寿命的长短取决于电热器具的使用性能和使用寿命。为了在更高的温度场下长时间使用电热元件，采用涂层技术在电热元件的表层涂刷，涂层缓慢生成玻璃态物相，从而隔绝氧气和基体接触，因此从外部扩散入基体的氧气是很少的，从而达到高温抗氧化的效果。可靠的、有效的、长时间高温抗氧化涂层必须具有以下特征：1、涂层的高温抗氧化性能必须优良，且涂层致密，能在腐蚀介质同碳化硅基体之间形成有效的屏蔽层；2、涂层与基体的结合性良好。若涂层与基体的结合较弱，则在外力或者内部热应力的作用下，涂层很容易剥落；3、涂层的抗热震性优良。若涂层的抗热震性不好，则涂层会因使用过程中温度的骤然变化而开裂，其氧化保护作用消失；4、涂层的化学稳定性好。涂层有一定的耐化学腐蚀性，否则环境的组成稍有变化，涂层就会被腐蚀而失效；5、涂层高温热稳定性好。在高温长时间工作中结构和性能不发生变化，不易挥发，不发生相转变，若涂层在服役期间发生结构变化，则往往会使涂层因结构变化引起的体积变化失效；6、涂层与基体材料之间的热膨胀系数差值尽量小。否则会由于温度变化导致热应力，引发裂纹萌生并扩展，最终涂层从基体上剥落。在目前使用的涂层中，主要分为以下几类：玻璃涂层，高温合金金属涂层，高温陶瓷涂层和复合涂层。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供下述技术方案：一种表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，包括下述步骤：(1)将15～20重量份莫来石粉、20～30重量份红柱石粉、12～16重量份单质硅粉、12～16重量份碳化硅粉、7～8重量份氧化铝粉、20～25重量份糊精、40～70重量份水、0.1～0.3重量份分散剂、0.1～0.3重量份增稠剂和0.09～0.2重量份附着力促进剂，搅拌混合均匀，形成涂层浆料；(2)将步骤(1)制得的涂层浆料，涂覆在复合材料表面，形成涂层；(3)在1300～1400℃烧结2～4小时。所述步骤(2)的复合材料可以为碳/碳复合材料或碳/碳化硅复合材料，具体如电热元件。所述电热元件，既可以采用市售的电热元件，也可以参考现有的文献、专利制备得到，如参考专利申请号201510043900.9的专利技术专利制备得到。所述步骤(2)涂层厚度400～600μm。所述步骤(1)中所述莫来石粉优选为改性莫来石粉或莫来石粉。所述改性莫来石粉，采用下述方法制备而成：按重量比称量以下原料：丙烯酸10～20wt％，硅烷偶联剂0.2～1.5wt％，聚乙二醇400单油酸酯0.7～1.5wt％，乙酸0.1～0.15wt％，十二烷基硫酸钠0.1～0.2wt％，余量为去离子水；将乙酸和水混合均匀，以200～400转/分钟搅拌10～20分钟，形成酸性溶液；加入硅烷偶联剂，以200～400转/分钟搅拌20～30分钟；再加入丙烯酸、聚乙二醇400单油酸酯、十二烷基硫酸钠，以200～400转/分钟搅拌30～50分钟；加入莫来石粉，降低转速至100～150转/分钟，加热至70～75℃，搅拌90～120分钟，得到改性液；将改性液离心处理，收集底部固体；将底部固体于100～105℃干燥3～6小时后，于600～700℃烧结1～3小时，得到所述改性莫来石粉。本专利技术中使用的莫来石粉，既可以采用市售的天然矿物莫来石粉，也可以通过化学制备的方法得到。所述莫来石粉，采用下述方法制备而成：称取20～25g无水氯化铝，取12～14mL正硅酸乙酯，以300～500转/分钟搅拌30～40分钟；加入14～17mL乙醚，继续以300～500转/分钟搅拌20～30分钟；再加入20～30mL二氯甲烷，以300～500转/分钟搅拌20～30分钟，得到反应液；然后将反应液倒入水热反应釜中，于110～130℃反应16～24小时；反应完成后，取出反应物，于50～60℃干燥7～12小时后，干法球磨20～30分钟，球磨转速400～600转/分钟，物料和球磨介质的质量比1：(2～3)；取干法球磨后的反应物，于900～950℃热处理0.5～1小时，自然冷却至30～40℃，得到所述莫来石粉。所述步骤(1)中所述附着力促进剂为聚硅氧烷附着力促进剂、聚氨酯附着力促进剂、氰基乙酰氧基附着力促进剂、乙酸乙酰附着力促进剂、脲环附着力促进剂中的一种或几种的组合。优选地，所述附着力促进剂为聚硅氧烷附着力促进剂和聚氨酯附着力促进剂以质量比(1～3):(1～3)组成的混合物。所述步骤(1)中所述增稠剂为甲基纤维素、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠中的一种或几种的混合物。本专利技术还提供了一种表面耐磨抗氧化涂层，采用上述方法制备而成。本专利技术还提供了一种表面耐磨抗氧化涂层在提高电热元件安全性、抗氧化性和耐冲击性的应用。和现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：涂层原料采用红柱石和莫来石混合使用，红柱石粉在烧结的过程中分解，并形成交错结构排列的莫来石网状结构，能够充分发挥莫来石晶体的纤维增强作用；而且红柱石烧结过程中分解出的二氧化硅玻璃相钠能够很好地润湿莫来石粉末和其他无机材料，冷却后玻璃相能够填充于莫来石骨架的孔隙中。采用改性的莫来石粉，在莫来石粉的表面接枝活性官能团，改善莫来石粉的表面性质，增强莫来石粉的表面粘结性，对莫来石粉提供保护作用。与市售的莫来石粉相比，本专利技术中自制的莫来石粉制备周期短，可以实现原料分子级别间的混合，解决了市售莫来石粉体容易团聚的问题。本专利技术中通过料浆涂覆的方法，调整涂层浆料的原料以及组成比例，制备了以莫来石和红柱石为主的复合涂层，有利于促进涂层和基体之间的结合，提高粘结强度，还有利于松弛和消除涂层中的残余应力。在表面涂覆了与底材结合牢固的本专利技术的表面耐磨抗氧化涂层，提高了材料的安全性、抗氧化性和耐冲击性，有效提高了材料的使用温度，延长使用寿命。具体实施方式实施例中各原料来源：实施例中的电热元件，具体采用郑州市嵩博高温材料有限公司提供的碳化硅电热元件，型号为12*200*200。实施例中市售莫来石粉，由巩义市优星矿产品有限公司提供，粒度320目。实施例中红柱石粉，由灵寿县德腾矿产品加工厂提供，一级，粒度600目。实施例中单质硅粉，由徐州凌云硅业有限公司提供，粒度1000目。实施例中碳化硅粉，由河南超华硅业有限公司提供，粒度300目。实施例中氧化铝粉，CAS号：21645-51-2，粒度1000目，由山东翱翔化工有限公司提供。实施例中糊精，CAS号：9004-53-9，购自合肥天健化工有限公司。实施例中分散剂，具体采用东莞市杉木化工有限公司提供的聚羧酸盐分散剂，型号S-407。实施例中增稠剂，具体采用河南金四海生物科技有限公司提供的聚丙烯酸铵增稠剂，分子量1000万。实施例中聚硅氧烷附着力促进剂，参考专利申请号201310566143.4“一种高效附着力促进剂及其制备方法”的实施例一制备得到。实施例中正硅酸四乙酯，CAS号：562-90-3，购自上海吉来德新材料科技有限公司。实施例中丙烯酸，CAS号：79-10-7，由永华化学科技(江苏)有限公司提供。实施例中硅烷偶联剂，具体采用山东佰鸿新材料有限公司提供的KH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，包括下述步骤：(1)将15～20重量份莫来石粉、20～30重量份红柱石粉、12～16重量份单质硅粉、12～16重量份碳化硅粉、7～8重量份氧化铝粉、20～25重量份糊精、40～70重量份水、0.1～0.3重量份分散剂、0.1～0.3重量份增稠剂和0.09～0.2重量份附着力促进剂，搅拌混合均匀，形成涂层浆料；(2)将步骤(1)制得的涂层浆料，涂覆在复合材料表面，形成涂层；(3)在1300～1400℃烧结2～4小时。

【技术特征摘要】
1.一种表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，包括下述步骤：(1)将15～20重量份莫来石粉、20～30重量份红柱石粉、12～16重量份单质硅粉、12～16重量份碳化硅粉、7～8重量份氧化铝粉、20～25重量份糊精、40～70重量份水、0.1～0.3重量份分散剂、0.1～0.3重量份增稠剂和0.09～0.2重量份附着力促进剂，搅拌混合均匀，形成涂层浆料；(2)将步骤(1)制得的涂层浆料，涂覆在复合材料表面，形成涂层；(3)在1300～1400℃烧结2～4小时。2.如权利要求1所述的表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)涂层厚度400～600μm。3.如权利要求1所述的表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述莫来石粉优选为改性莫来石粉或莫来石粉。4.如权利要求3所述的表面耐磨抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述改性莫来石粉，采用下述方法制备而成：按重量比称量以下原料：丙烯酸10～20wt％，硅烷偶联剂0.2～1.5wt％，聚乙二醇400单油酸酯0.7～1.5wt％，乙酸0.1～0.15wt％，十二烷基硫酸钠0.1～0.2wt％，余量为去离子水；将乙酸和水混合均匀，以200...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚龙，
申请(专利权)人：杨诚龙，
类型：发明
国别省市：江西,36