[发明专利]一种在树脂材料表面制备氧化铝陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在树脂基复合材料上面制备陶瓷涂层的方法，特别是一种利用结合微弧氧化与等离子喷涂结合的工艺在树脂基体上面制备氧化铝陶瓷涂层的方法。

背景技术

等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧作为热源，粉末材料为主的热喷涂方法。送粉气流输送粉末喷涂材料进入等离子弧，并被迅速加热至熔融或半熔融状态，随等离子流高速撞击经预处理的基材表面，并在基材表面形成牢固的覆盖层——喷涂层。从而使零件被喷涂表面获得不同的硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、绝缘、隔热、润滑等各种特殊物理化学性能，以满足零件不同的工作条件要求。

微弧氧化(Microarc oxidation，MAO)又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation, MPO)，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。

树脂基复合材料由于具有良好的比强度和比刚度而被广泛应用，但由于其硬度不高，因此耐磨性能较差，在某些工作环境中常常会因为磨损而失效。氧化铝具有较高的硬度，氧化铝涂层具有良好的耐磨，耐热性能。现有的提高数脂基材料表面硬度的方法是将陶瓷材料固化在树脂材料表面，但这种方法制备的涂层是树脂和陶瓷的混合体，不是百分之百的陶瓷，因此耐磨性能相对于纯陶瓷会下降。尽管只应用等离子喷涂的方法并充分冷却树脂基体也可以在尽量小的热损伤下制备氧化铝涂层，但热损伤始终不能避免。

发明内容

本发明利用结合微弧氧化与等离子喷涂结合的工艺在树脂基复合材料表面制备氧化铝防护涂层，以达到提高树脂基复合材料使用性能的目的。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种在树脂材料表面制备氧化铝陶瓷涂层的方法，依次包括以下步骤：

a．在固化树脂基复合材料之前，将铝粉均匀地撒在待固化材料的最外层，放入模具后进行固化；

b．将固化后的树脂基复合材料裁剪成需要的大小，用喷砂机在其表面进行喷砂处理，使其表面粗糙度为Ra=5-10μm；

c．在喷砂后的树脂基复合材料表面进行等离子喷涂，制备均匀的Al过渡层，控制Al过渡层的厚度为50～100微米；

d．以喷涂上的Al层为基体，在含有3g/L的硅酸钠，1g/L氢氧化钾溶液中微弧氧化，使Al氧化形成氧化铝陶瓷涂层。 

制备氧化铝陶瓷涂层时微弧氧化的电参数为：采用直流电源，频率400Hz，有效周期为80%，电流密度控制在0.25-0.5A/cm²，电压400-500V，根据需要获得涂层的厚度，氧化时间为30-60min。

所述Al过渡层以Al粉为原料，粉末粒度为20～40微米。

制备Al过渡层时控制喷枪的参数为：喷涂的电流强度180-210A，电压50-60V，主气体流量900-1000L/h，次气体流量100-150L/h，送粉气体压力0.02MPa，喷涂距离为170～190mm。

喷涂Al过渡层，使用等离子喷涂辅助系统进行；所述等离子喷涂辅助系统的结构为：包括用于固定工件的转盘及置于转盘一侧的用于固定喷枪的喷枪支架，所述喷枪支架固定在丝杠螺母机构的螺母上，并由丝杠螺母机构带动滑动，所述丝杠螺母机构的丝杠与转盘面平行布置；所述转盘与直流电机连接并通过直流电机控制旋转速度及旋转方向。

所述转盘上设置若干个通孔。

由滑块和滑道代替丝杠螺母机构，即，所述喷枪支架固定在滑块上，滑块可沿导轨做平行于转盘面的直线运动。

等离子喷涂辅助系统还包括回转控制杆和行程开关，所述回转控制杆为两个且分别固定在转盘不同位置的通孔内；所述回转控制杆通过转盘的旋转可与行程开关碰触；所述行程开关连接正反转控制电路，正反转控制电路连接直流电机的输入电源。

假定滑块或螺母的运动方向为坐标轴的X向，则喷枪支架还具有可实现坐标轴Y向、Z向运动的结构。

本发明具有以下优点：1、相对于单纯用等离子喷涂方法制备，此方法可以有效降低制备涂层过程中对树脂集体得热损伤，从而提高了涂层的结合强度（6.09MPa）；2、以Al为原料，成本低廉；3、本发明所述方法对基体表面形状要求低，理论上可以在任意形状的树脂基复合材料表面制备氧化铝涂层；4、涂层制备速度快，生产效率高；5、本发明通过等离子喷涂方法制备的涂层完全是氧化铝陶瓷构成，制成的涂层具有良好的表面硬度（12.76GPa）6、设备操作简单，维护保养方便。

附图说明