專利名稱：一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對使用環(huán)氧樹脂基碳纖維材料作為基體材料的民用工業(yè)制品及包括運(yùn)動(dòng)器材、體育器械用品表面進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，特指一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝。
背景技術(shù)：
在復(fù)合材料大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹脂復(fù)合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，使復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上。碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的強(qiáng)度。
碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，具有比重小、剛性好和強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域或機(jī)械部件制造上能取代鋼材作為基材。但是，由于樹脂的TG點(diǎn)(玻璃化溫度)較低以及復(fù)合材料成型工藝所致，使得環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品工作溫度必須低于樹脂的TG點(diǎn)，否則，樹脂將會(huì)軟化變形進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)復(fù)合材料制品變形而報(bào)廢，因此限制了環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料的推廣和普及。
另一方面，由于陶瓷具有耐高溫、耐磨、隔熱等特點(diǎn)，可作為一種很好的保護(hù)材料；而且目前電弧噴涂設(shè)備以及等離子噴涂設(shè)備的研發(fā)以及噴涂技術(shù)的日益成熟，為陶瓷噴涂工藝作了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的噴涂工藝，使其對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品在工作中起到很好的保護(hù)作用。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是其包括如下步驟A、對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面進(jìn)行粗化處理；B、在粗化表面噴涂金屬底層；C、在金屬底層表面噴涂陶瓷粉末形成陶瓷涂層。
其中，該工藝中采用以下較佳方案步驟A中是使用噴砂粗化設(shè)備進(jìn)行表面粗化，且噴砂砂粒的大小為40～60目，噴砂設(shè)備的壓縮空氣壓力為0.4～0.8MPa，其目的是更便于金屬底層與復(fù)合材料表面結(jié)合。
在步驟A之前，可先使用超聲波清潔設(shè)備對表面進(jìn)行清潔，以及用丙酮或丁酮(MEK)或者其他試劑進(jìn)行擦拭，干燥后再進(jìn)行粗化處理。
步驟B中是使用電弧噴涂設(shè)備或等離子噴涂設(shè)備噴涂金屬底層，而且金屬底層為低熔點(diǎn)金屬或其合金，如Zn、Al、Al-Mg合金、Zn-Al合金等，因低熔點(diǎn)金屬或其合金在凝固時(shí)放熱較高熔點(diǎn)金屬及其合金凝固時(shí)放熱要小的多，因此對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品的影響也要小得多，金屬底層的厚度約為0.05mm～0.25mm。
其中步驟B中較佳的噴涂方案是采用電弧噴涂設(shè)備，所噴涂的金屬底層材料為鋅鋁合金，當(dāng)然，采用其他低熔點(diǎn)金屬或其合金材料也可。其原理是將兩根金屬絲不斷地送入噴槍的正負(fù)極，經(jīng)接觸產(chǎn)生電弧將金屬絲熔化并借助壓縮空氣把熔融的金屬霧化成細(xì)小的微粒，以高速噴射到零件表面形成涂層。電弧噴涂具有以下特點(diǎn)①.不需要可燃?xì)怏w；②.生產(chǎn)效率高，沉積效率高，適合大面積噴涂；③.生產(chǎn)成本低，為所有熱噴涂工藝中成本最低的；④.操作簡單，機(jī)動(dòng)靈活，既適合手工作業(yè)，也可用于機(jī)械化生產(chǎn)；⑤.輸出電流穩(wěn)定，焰流波動(dòng)小，涂層質(zhì)量高，其結(jié)合強(qiáng)度、致密性均優(yōu)于火焰噴涂。噴涂金屬底層的目的是為步驟C噴涂陶瓷打底，因陶瓷噴涂過程溫度高，直接噴涂于復(fù)合材料表面將破壞整個(gè)環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品，因此需要以金屬底層作為依托進(jìn)行陶瓷噴涂。
步驟C中使用等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行等離子噴涂；步驟C中所使用的陶瓷粉末為氧化鋁(Al2O3)陶瓷粉末或YSZ陶瓷粉末或金屬陶瓷粉末(如WC/Co、CrC/NiCr、WC/Co/Cr)或者其他種類的陶瓷粉末，陶瓷粉末的直徑約為5～40微米；步驟C噴涂過程中使用氬氣或者氮?dú)獾榷栊詺怏w作為等離子氣體。
等離子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，電弧的電壓約為40V～120V，電流約為300A～700A，與自由電弧項(xiàng)比較，其弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。等離子噴涂具有以下特點(diǎn)①超高溫特性，便于進(jìn)行高熔點(diǎn)材料的噴涂。②噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高。③由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。
等離子噴涂設(shè)備主要包括①噴槍實(shí)際上是一個(gè)非轉(zhuǎn)移弧等離子發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，其上集中了整個(gè)系統(tǒng)的電，氣，粉，水等。
②電源用以供給噴槍直流電。通常為全波硅整流裝置。
③送粉器用來貯存噴涂粉末并向噴槍輸送粉末的裝置。
④熱交換器主要用以使噴槍獲得有效的冷卻，達(dá)到使噴嘴延壽的目的。
⑤供氣系統(tǒng)包括工作氣和送粉氣的供給系統(tǒng)。
⑥控制框用于對水，電、氣、粉的調(diào)節(jié)和控制。
步驟C中噴涂過程中噴涂距離約為60mm～20mm，且噴涂過程中環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品即基件的溫度應(yīng)控制在120℃～200℃以下，同時(shí)設(shè)有保持環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品不變形的擋體。因在等離子噴涂時(shí)，熔融的陶瓷通過壓縮氣流高速噴射到基件的金屬底層表面，會(huì)對基件產(chǎn)生一定壓力并使基件溫度升高，為避免基件受壓受熱變形，所以需要控制溫度以及設(shè)置一擋體，保持基件穩(wěn)定不變形。
本發(fā)明可應(yīng)用于各種環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品領(lǐng)域，在其制品表面噴涂上噴涂陶瓷涂層后，由于陶瓷具有耐高溫、耐磨、隔熱等特點(diǎn)，將對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料及其制品起到很好的保護(hù)作用，提高產(chǎn)品的使用安全性能以及增加其使用壽命，并且使環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用范圍更加廣泛。


圖1是本發(fā)明工藝的流程圖；圖2是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例一自行車輪圈的截面示意圖；圖3是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例二碟剎盤的示意圖；圖4是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例二碟剎盤的截面圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明主要包括如下步驟A、對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面進(jìn)行粗化處理；B、在粗化表面噴涂金屬底層；C、在金屬底層表面噴涂陶瓷粉末形成陶瓷涂層。
其中該工藝中采用以下較佳方案步驟A中是使用噴砂粗化設(shè)備進(jìn)行表面粗化，且噴砂砂粒的大小為40～60目，噴砂設(shè)備的壓縮空氣壓力為0.4～0.8MPa。
在步驟A之前，可先使用超聲波清潔設(shè)備對表面進(jìn)行清潔，以及用丙酮或丁酮(MEK)或者其他試劑進(jìn)行擦拭，干燥后再進(jìn)行粗化處理。
步驟B中是使用電弧噴涂設(shè)備或等離子噴涂設(shè)備噴涂金屬底層，而且金屬底層為低熔點(diǎn)金屬或其合金，如Zn、Al、Al-Mg合金、Zn-Al合金等，因低熔點(diǎn)金屬或其合金在凝固時(shí)放熱較高熔點(diǎn)金屬及其合金凝固時(shí)放熱要小的多，因此對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品的影響也要小得多，金屬底層的厚度約為0.05mm～0.25mm。步驟B中較佳的噴涂方案是采用電弧噴涂設(shè)備。
步驟B中使用等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行等離子噴涂；步驟B中所使用的陶瓷粉末為氧化鋁(Al2O3)粉末或者其他陶瓷粉末，粉末直徑5～40微米；步驟B噴涂過程中使用氬氣或者氮?dú)獾榷栊詺怏w作為等離子氣體。
步驟C中噴涂過程中噴涂距離約為60mm～200mm，且噴涂過程中環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品即基件的溫度應(yīng)控制在120℃～200℃以下，同時(shí)設(shè)有保持環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品不變形的擋體。因在等離子噴涂時(shí)，熔融的陶瓷通過壓縮氣流高速噴射到基件的金屬底層表面，會(huì)對基件產(chǎn)生一定壓力并使基件溫度升高，為避免基件受壓受熱變形，所以需要控制溫度以及設(shè)置一擋體，保持基件穩(wěn)定不變形。
當(dāng)然，按照本發(fā)明工藝，可在外面陶瓷涂層表面再噴涂金屬層作為表層，或者再繼續(xù)噴涂陶瓷涂層或其他涂層等。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一如圖2所示，本發(fā)明用于環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料自行車輪圈的制造。因采用環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制造的輪圈，要防止剎車時(shí)產(chǎn)生的高溫使輪圈變形，可在其剎車面設(shè)置陶瓷涂層，一來隔熱，二來可增加耐磨性。
取自行車輪圈1成品，在輪圈剎車面10的內(nèi)側(cè)設(shè)置好擋體2，其目的是避免剎車面10在噴涂時(shí)產(chǎn)生的壓力以及熱量的作用下發(fā)生變形，保持產(chǎn)品特性。準(zhǔn)備好后，對其剎車面10進(jìn)行噴砂粗化處理，砂粒大小為40目，然后然后通過電弧噴涂設(shè)備均勻噴涂一層鋅-鋁合金金屬底層11，該金屬底層厚度為0.05mm，最后用等離子噴涂設(shè)備噴涂陶瓷粉末，陶瓷粉末成分為氧化鋁，粉末直徑為40微米，噴涂時(shí)，電弧的電壓為80V，電流為500A，噴槍噴嘴離基件表面距離為100mm，均勻噴涂厚度為0.5mm的陶瓷涂層12。
實(shí)施例二如圖3、4所示，與實(shí)施例一同理，本發(fā)明用于環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料碟剎盤的制造。
取碟剎盤成品，先在碟剎盤3的一側(cè)設(shè)置擋體，對另一側(cè)的剎車面30進(jìn)行噴砂粗化處理，砂粒大小為60目，然后然后通過電弧噴涂設(shè)備均勻噴涂一層Al-Mg合金金屬底層31，該金屬底層厚度為0.25mm，最后用等離子噴涂設(shè)備噴涂陶瓷粉末，陶瓷粉末成分為氧化鋁，粉末直徑為5微米，噴涂時(shí)，電弧的電壓為120V，電流為700A，噴槍噴嘴離基件表面距離為100mm，均勻噴涂厚度為0.5mm的陶瓷涂層32。
權(quán)利要求
1.一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于其包括如下步驟A、對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面進(jìn)行粗化處理；B、在粗化表面噴涂金屬底層；C、在金屬底層表面噴涂陶瓷粉末形成陶瓷涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于步驟A中是使用噴砂粗化設(shè)備進(jìn)行表面粗化，且噴砂砂粒的大小為40～60目，噴砂設(shè)備的壓縮空氣壓力為0.4～0.8MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于步驟B中是使用電弧噴涂設(shè)備或等離子噴涂設(shè)備噴涂金屬底層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于所述的步驟B中金屬底層為低熔點(diǎn)金屬或其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于所述的金屬底層厚度為0.05～0.25mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于步驟C中是使用等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行等離子噴涂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于步驟C噴涂過程中使用氬氣或者氮?dú)獾榷栊员Ｗo(hù)氣體作為等離子氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝，其特征在于步驟C中噴涂過程中設(shè)有保持環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品不變形的擋體。
全文摘要
本發(fā)明涉及對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品進(jìn)行表面保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，特指一種在環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面噴涂陶瓷的工藝。本發(fā)明主要包括如下步驟A、對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品表面進(jìn)行粗化處理；B、在粗化表面噴涂金屬底層；C、在金屬底層表面噴涂陶瓷粉末形成陶瓷涂層。本發(fā)明可應(yīng)用于各種環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料制品領(lǐng)域，在其制品表面噴涂上噴涂陶瓷涂層后，由于陶瓷具有耐高溫、耐磨、隔熱等特點(diǎn)，將對環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料及其制品起到很好的保護(hù)作用，提高產(chǎn)品的使用安全性能以及增加其使用壽命，并且使環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用范圍更加廣泛。
文檔編號(hào)B24C1/06GK101016614SQ20071002677
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者陳錦松, 劉愛國 申請人:陳錦松, 劉愛國