一种耐磨抗震涂层及其制备方法   0    0

本发明公开了一种耐磨抗震涂层及其制备方法，耐磨抗震涂层，包括：覆盖于基材表面的多孔陶瓷层以及打印于多孔陶瓷层表面的复合树脂层，所述复合树脂层包括若干纵横交错的涂层单元，所述涂层单元由含有石墨粉的TPE复合丝材以及含有碳化钨的TPE的复合丝材间隔打印而成，各所述涂层单元形成功能网格。通过在已经压铸成型的基材表面建立一种交叉空间网格结构，并在该空间结构中穿插铺设两种及以上不同性能的特定材料，从而实现压铸镁合金零件表面耐磨性和减震性能的提高，基材可以选自为镁合金、铝合金、铸铁、铸铜、不锈钢等，在不改变基材成分的前提下，较好的实现了基材表面(尤其是某一特定表面)耐磨和减震的性能需求。

1.一种耐磨抗震涂层，其特征在于，包括：
覆盖于基材表面的多孔陶瓷层以及打印于多孔陶瓷层表面的复合树脂层，所述复合树脂层包括若干纵横交错的涂层单元，所述涂层单元由含有石墨粉的TPE复合丝材以及含有碳化钨的TPE的复合丝材间隔打印而成，各所述涂层单元形成交叉空间网格结构；
所述基材为镁合金、铝合金、铸铁、铸铜、不锈钢。

2.根据权利要求1所述的耐磨抗震涂层，其特征在于，所述多孔陶瓷层通过微弧氧化技术制备而成，多孔陶瓷层厚度为20‑30微米，微孔径直径范围为2‑8微米。

3.根据权利要求1所述的耐磨抗震涂层，其特征在于，所述多孔陶瓷层制备过程如下：
将基材在体积比1:1的丙酮和乙醇的混合溶液中超声清洗20分钟，然后在100℃的浓度为100g/L的NaOH溶液中浸泡15分钟，再在浓度为180g/L的CrO3溶液中浸泡10分钟；
浸泡完成后，将基材作为微弧氧化反应中的阳极，不锈钢板作为阴极，使用溶质浓度为
2.1‑2.4g/L乙二胺四乙酸钠，2.2‑2.6g/L CaCO3，10.0‑10.4g/LNa3PO4，11.6‑12.0g/L氟化钾，3.3‑3.7g/L硅酸钠，0.25‑0.65g/L正丙醇，5.0‑5.4g/LNaOH的微弧氧化溶液，使用电压为320V，正向占比为30％的微弧氧化电源，进行微弧氧化，微弧氧化总时长为20‑25分钟；
所述微弧氧化溶液溶质的添加顺序依次为乙二胺四乙酸钠、CaCO3、Na3PO4、氟化钾、硅酸钠、正丙醇和NaOH；
所述微弧氧化溶液溶剂为去离子水。

4.根据权利要求2所述的耐磨抗震涂层，其特征在于，所述多孔陶瓷层制备过程如下：
将基材在体积比1:1的丙酮和乙醇的混合溶液中超声清洗20分钟，然后在100℃的浓度为100g/L的NaOH溶液中浸泡15分钟，再在浓度为180g/L的CrO3溶液中浸泡10分钟；
浸泡完成后，将基材作为微弧氧化反应中的阳极，不锈钢板作为阴极，使用溶质浓度为
2.1‑2.4g/L乙二胺四乙酸钠，2.2‑2.6g/L CaCO3，10.0‑10.4g/LNa3PO4，11.6‑12.0g/L氟化钾，3.3‑3.7g/L硅酸钠，0.25‑0.65g/L正丙醇，5.0‑5.4g/LNaOH的微弧氧化溶液，使用电压为320V，正向占比为30％的微弧氧化电源，进行微弧氧化，微弧氧化总时长为20‑25分钟；
所述微弧氧化溶液溶质的添加顺序依次为乙二胺四乙酸钠、CaCO3、Na3PO4、氟化钾、硅酸钠、正丙醇和NaOH；
所述微弧氧化溶液溶剂为去离子水。

5.根据权利要求1所述的耐磨抗震涂层，其特征在于，所述TPE复合丝材的制备过程如下：
称取一定量的粒径为50‑100微米的石墨粉末或碳化钨，400℃下氧化处理30min，冷却到室温，将石墨粉末或碳化钨放置在1wt％十六烷基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中改性处理2小时，离心处理，得到粉末，再在50℃温度下烘干24小时，研磨处理，得到预处理后的石墨粉末或碳化钨粉末；
将一定量的TPE(1,1,2,2‑四苯乙烯)在240℃环境下熔化，得到TPE熔体，将预处理的石墨粉末或碳化钨粉末以一定比例加入TPE熔体，搅拌8‑10小时，得到石墨粉质量分数为
5.5wt％‑8.5wt％或碳化钨质量分数为2.2wt％‑6.4wt％的复合TPE材料，并由拉丝机拉成直径为0.8‑1.5mm的TPE复合丝材。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的耐磨抗震涂层，其特征在于，所述涂层单元的制备过程如下：
第一步，将含有石墨粉的TPE复合丝材通过FDM技术在多孔陶瓷层表面纵向打印宽为
0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm，间隔为0.5‑0.8mm的矩形条纹，然后再将含有碳化钨的TPE复合丝材通过FDM技术穿插在间隔处继续纵向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm的矩形条纹，完成第一层的涂层打印；
第二步，将含有石墨粉的TPE复合丝材通过FDM技术在多孔陶瓷层表面横向打印宽为
0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm，间隔为0.5‑0.8mm的矩形条纹，然后再将含有碳化钨的TPE复合丝材通过FDM技术穿插在间隔处继续横向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm的矩形条纹，完成第二层的涂层打印；
按照第一步和第二步的步骤，重复打印4‑10层。

7.一种耐磨抗震涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过微弧氧化方法制备多孔陶瓷层，然后在多孔陶瓷层打印若干层纵横交错的复合树脂层；
所述复合树脂层包括若干纵横交错的涂层单元，所述涂层单元由含有石墨粉的TPE复合丝材以及含有碳化钨的TPE的复合丝材间隔打印而成，各所述涂层单元形成交叉空间网格结构。

8.如权利要求7所述的耐磨抗震涂层的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化方法具体如下：
依次向去离子水中添加溶质乙二胺四乙酸钠、CaCO3、Na3PO4、氟化钾、硅酸钠、正丙醇和NaOH，使得所配微弧氧化液中的各溶质浓度区间分别为2.1‑2.4g/L、2.2‑2.6g/L、10.0‑
10.4g/L、11.6‑12.0g/L、3.3‑3.7g/L、0.25‑0.65g/L、5.0‑5.4g/L；
将基材作为微弧氧化反应中的阳极，不锈钢板作为阴极，置入微弧氧化液中，采用电压为320V，正向占空比为30％的电压通电进行微弧氧化，时间为20‑25分钟。

9.如权利要求8所述的耐磨抗震涂层的制备方法，其特征在于：
所述多孔陶瓷层制备前需进行预处理，将基材在超声波环境中用配制好的体积比为1:
1的丙酮和乙醇混合溶液清洗20分钟，再在100℃的浓度为100g/L的NaOH溶液中浸泡15分钟，然后在浓度为180g/L的CrO3溶液中浸泡10分钟；
所述多孔陶瓷层制备后需进行后处理，将微弧氧化处理后的基材浸入温度为60‑70℃的3wt％‑5wt％的十六烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中，浸泡3‑4小时。

10.如权利要求7‑9任一项所述的耐磨抗震涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层单元制备方法如下：
第一步，选择喷头直径为0.5‑0.8mm的打印头，并将喷头温度设置为240℃，使用含有石墨粉的TPE复合丝材，通过FDM技术在多孔陶瓷层表面纵向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑
0.8mm，间隔为0.5‑0.8mm的矩形条纹，然后再使用含有碳化钨的TPE复合丝材，通过FDM技术穿插在间隔处继续纵向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm的矩形条纹，完成第一层的涂层打印；
第二步，依然选择喷头直径为0.5‑0.8mm的打印头，并将喷头温度同样设置为240℃，使用含有石墨粉的TPE复合丝材，通过FDM技术在多孔陶瓷层表面横向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm，间隔为0.5‑0.8mm的矩形条纹，然后再使用含有碳化钨的TPE复合丝材，通过FDM技术穿插在间隔处继续横向打印宽为0.5‑0.8mm，高为0.5‑0.8mm的矩形条纹，完成第二层的涂层打印；按照第一步和第二步的步骤，重复打印4‑10层。

11.如权利要求10所述的耐磨抗震涂层的制备方法，其特征在于，所述TPE复合丝材料制备方法如下：
称取一定量的粒径为50‑100微米的石墨粉末或碳化钨，400℃下氧化处理30min，冷却到室温，将石墨粉末或碳化钨放置在1wt％十六烷基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中改性处理2小时，离心处理，得到粉末，再在50℃温度下烘干24小时，研磨处理，得到预处理后的石墨粉末或碳化钨粉末；
将一定量的TPE(1,1,2,2‑四苯乙烯)在240℃环境下熔化，得到TPE熔体，将预处理的石墨粉末或碳化钨粉末以一定比例加入TPE熔体，搅拌8‑10小时，得到石墨粉质量分数为
5.5wt％‑8.5wt％或碳化钨质量分数为2.2wt％‑6.4wt％的复合TPE材料，并由拉丝机拉成直径为0.8‑1.5mm的TPE复合丝材。