本發(fā)明屬于隔熱杯領(lǐng)域，具體涉及一種利用熱噴涂3d打印技術(shù)制備的隔熱杯及其制備方法。

背景技術(shù)：

隔熱杯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、隔熱效果好、制造及使用方便，在市場(chǎng)中頗受歡迎。目前隔熱層多為空氣或者陶瓷。申請(qǐng)?zhí)?1118535.x公開了一種雙層陶瓷隔熱杯及其制備方法，該雙層陶瓷隔熱杯包括內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，且內(nèi)外兩層之間設(shè)有中空部。在隔熱杯的制造方法上，專利號(hào)99815124.6公開了一種隔熱容器和一種制造方法，其利用粘結(jié)劑將隔熱板片粘結(jié)固定于壁坯料和折疊劃痕之間制作了一種隔熱杯；申請(qǐng)?zhí)?00910044733.4公開了一種雙層陶瓷隔熱杯與其制備方法，其利用注漿后再燒結(jié)技術(shù)制備陶瓷層隔熱層。

熱噴涂是利用某種熱源(如燃燒火焰、電弧或等離子等)將金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰流本身或壓縮空氣以一定速度噴射到預(yù)處理過(guò)的基體表面，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術(shù)。其具有噴涂材料廣泛、基體形狀與尺寸不受限制、涂層厚度容易控制、工藝操作簡(jiǎn)單、成本低效率高、能賦予基體表面特殊性能等特點(diǎn)，在再制造產(chǎn)業(yè)具有巨大潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種利用熱噴涂3d打印技術(shù)制備的隔熱杯及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種利用熱噴涂3d打印技術(shù)制備的隔熱杯，其特征在于，所述隔熱杯的杯壁包括三層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層和外層為金屬涂層，內(nèi)外兩層之間的中間層為陶瓷涂層。

上述方案中，所述金屬涂層的材料為鋁材、不銹銅材、或鎳材。

上述方案中，所述陶瓷涂層的材料為氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁與氧化釔的混合物、或氧化鋯與氧化釔的混合物。

上述方案中，所述內(nèi)層金屬涂層和外層金屬涂層的厚度均為100μm～300μm，所述陶瓷涂層的厚度為100μm～400μm。

利用熱噴涂3d打印技術(shù)制備上述隔熱杯的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備圓臺(tái)石膏模型：按照石膏粉產(chǎn)品要求的水粉比調(diào)制漿料，灌注于杯型模具中制備得到圓臺(tái)石膏模型；

(2)內(nèi)層金屬層的制備：利用電弧噴涂成型工藝在步驟(1)所得圓臺(tái)石膏模型表面上沉積一層金屬層；

(3)中間層陶瓷涂層的制備：利用火焰噴涂成型工藝在步驟(2)制備的金屬涂層表面上沉積一層陶瓷涂層；

(4)外層金屬層的制備：利用電弧噴涂成型工藝在步驟(3)所得陶瓷涂層上沉積一層金屬層；

(5)脫模、拋光處理后得到隔熱杯。

上述方案中，步驟(2)所述電弧噴涂成型工藝的參數(shù)為：電流50～200a，電壓10～50v，壓縮空氣壓力為0.1～1.5mpa，噴涂距離為8～30cm，電弧槍移動(dòng)速度10～50mm/s。

上述方案中，步驟(3)所述火焰噴涂成型工藝的參數(shù)為：助燃?xì)鉃閛2、壓力為0.3～1.0mpa，燃?xì)鉃橐胰?、壓力?.05～0.3mpa，輔助氣為壓縮空氣，壓力為0.3～1.0mpa，送粉速率為10～100g/min，噴涂距離為50～200mm，火焰噴槍移動(dòng)速度100～1200mm/s，涂層噴涂次數(shù)1～30遍。

上述方案中，步驟(4)所述電弧噴涂成型工藝的參數(shù)為：電流50～200a，電壓10～50v，壓縮空氣壓力為0.1～1.5mpa，噴涂距離為8～30cm，電弧槍移動(dòng)速度10～50mm/s。

本發(fā)明的有益效果：(1)采用本發(fā)明所述熱噴涂3d打印技術(shù)制備的隔熱杯，其杯壁的結(jié)構(gòu)為三明治結(jié)構(gòu)(即兩層金屬涂層中金夾著一層陶瓷涂層)，陶瓷涂層受金屬涂層的保護(hù)，不容易破碎或受損傷，所述隔熱杯具有隔熱性能好、力學(xué)性能好以及成型性能好等優(yōu)點(diǎn)；(2)本發(fā)明所述制備方法的操作簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)性好、適合工業(yè)化生產(chǎn)；噴涂材料廣泛、基體形狀與尺寸不受限制、各涂層厚度容易控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明利用熱噴涂3d打印技術(shù)制備的隔熱杯的光學(xué)數(shù)碼照片。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的三層結(jié)構(gòu)的隔熱杯壁涂層斷面掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種熱噴涂3d打印技術(shù)制備上述隔熱杯，通過(guò)如下方法制備：

(1)制備圓臺(tái)石膏模型：按照石膏粉產(chǎn)品要求的水粉比調(diào)制漿料，灌注于杯型模具中制備得到圓臺(tái)石膏模型；

(2)內(nèi)層金屬層的制備：采用超音速電弧噴涂方法，以不銹鋼絲材為噴涂材料，在圓臺(tái)石膏模型表面形成厚度為150μm的金屬涂層；其中，超音速電弧噴涂的工藝參數(shù)為：電流120a，電壓25v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s；

(3)中間層陶瓷涂層的制備：采用火焰噴涂方法，以zro2為噴涂粉末，在步驟(2)所得金屬涂層表面形成厚度約為200μm的陶瓷涂層；其中，控制火焰噴涂的噴涂參數(shù)為：助燃?xì)鉃閛2、壓力為0.6mpa，燃?xì)鉃橐胰?、壓力?.1mpa，輔助氣為壓縮空氣，壓力為0.8mpa，送粉速率為60g/min,噴涂距離為100mm，火焰噴槍移動(dòng)速度600mm/s，涂層噴涂次數(shù)6遍；

(4)外層金屬層的制備：采用超音速電弧噴涂方法，以不銹鋼絲材為噴涂材料，在陶瓷涂層表面形成厚度約為150μm的金屬涂層，其中，控制超音速電弧噴涂的噴涂參數(shù)為：電流120a，電壓25v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s。

(5)脫模、拋光處理后得到隔熱杯。

利用激光導(dǎo)熱儀(netzschlfa457microflash)測(cè)得本實(shí)施例制備的隔熱杯整體平均導(dǎo)熱系數(shù)為33.56w/(m*k)，相比較純鋁基體的杯子(導(dǎo)熱系數(shù)為237w/(m*k)，本實(shí)施例 所述隔熱杯的隔熱效果非常好。此外，相比較傳統(tǒng)的陶瓷隔熱杯，本實(shí)施例隔熱杯杯壁具有三明治結(jié)構(gòu)，內(nèi)層和外層的金屬涂層對(duì)中間的陶瓷涂層起到了很好的保護(hù)作用，金屬涂層較陶瓷涂層更為柔軟，因此，兩層金屬涂層中間夾著一層陶瓷涂層的三明治結(jié)構(gòu)有利于提高隔熱杯的隔熱性能、力學(xué)性能以及成型性能。

實(shí)施例2

一種熱噴涂3d打印技術(shù)制備上述隔熱杯，通過(guò)如下方法制備：

(1)制備圓臺(tái)石膏模型：按照石膏粉產(chǎn)品要求的水粉比調(diào)制漿料，灌注于杯型模具中制備得到圓臺(tái)石膏模型；

(2)內(nèi)層金屬層的制備：采用電弧噴涂方法，以鋁絲材為噴涂材料，在圓臺(tái)石膏模型表面形成厚度為300μm的金屬涂層；其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為：電流100a，電壓25v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s；

(3)中間層陶瓷涂層的制備：采用火焰噴涂方法，以zro2-20％y2o3為噴涂粉末，在步驟(2)所得金屬涂層表面形成厚度約為100μm的陶瓷涂層；其中，控制火焰噴涂的噴涂參數(shù)為：助燃?xì)鉃閛2、壓力為0.55mpa，燃?xì)鉃橐胰?、壓力?.1mpa，輔助氣為壓縮空氣，壓力為0.8mpa，送粉速率為60g/min，噴涂距離為100mm，火焰噴槍移動(dòng)速度1000mm/s，涂層噴涂次數(shù)2遍；

(4)外層金屬層的制備：采用電弧噴涂方法，以鋁絲材為噴涂材料，在陶瓷涂層表面形成厚度約為100μm的金屬涂層，其中，控制超音速電弧噴涂的噴涂參數(shù)為：電流100a，電壓25v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s。

(5)脫模、拋光處理后得到隔熱杯。

本實(shí)施例制備得到的隔熱杯杯壁涂層斷面掃描電鏡圖見圖2，利用激光導(dǎo)熱儀(netzschlfa457microflash)測(cè)得本實(shí)施例制備的隔熱杯整體平均導(dǎo)熱系數(shù)為40.48w/(m*k)，相比較純鋁基體的杯子(導(dǎo)熱系數(shù)為237w/(m*k)，本實(shí)施例所述隔熱杯的隔熱效果非常好。此外，相比較傳統(tǒng)的陶瓷隔熱杯，本實(shí)施例隔熱杯杯壁具有三明治結(jié)構(gòu)，內(nèi)層和外層的金屬涂層對(duì)中間的陶瓷涂層起到了很好的保護(hù)作用，金屬涂層較陶瓷涂層更為柔 軟，因此，兩層金屬涂層中間夾著一層陶瓷涂層的三明治結(jié)構(gòu)有利于提高隔熱杯的隔熱性能、力學(xué)性能以及成型性能。

實(shí)施例3

一種熱噴涂3d打印技術(shù)制備上述隔熱杯，通過(guò)如下方法制備：

(1)制備圓臺(tái)石膏模型：按照石膏粉產(chǎn)品要求的水粉比調(diào)制漿料，灌注于杯型模具中制備得到圓臺(tái)石膏模型；

(2)內(nèi)層金屬層的制備：采用電弧噴涂方法，以鋁絲材為噴涂材料，在圓臺(tái)石膏模型表面形成厚度為150μm的金屬涂層；其中，電弧噴涂的工藝參數(shù)為：電流80a，電壓20v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s；

(3)中間層陶瓷涂層的制備：采用火焰噴涂方法，以al2o3為噴涂粉末，在步驟(2)所得金屬涂層表面形成厚度約為400μm的陶瓷涂層；其中，控制火焰噴涂的噴涂參數(shù)為：助燃?xì)鉃閛2、壓力為0.5mpa，燃?xì)鉃橐胰?、壓力?.1mpa，輔助氣為壓縮空氣，壓力為0.8mpa，送粉速率為60g/min,噴涂距離為150mm，火焰噴槍移動(dòng)速度600mm/s，涂層噴涂次數(shù)8遍；

(4)外層金屬層的制備：采用電弧噴涂方法，以鋁絲材為噴涂材料，在陶瓷涂層表面形成厚度約為150μm的金屬涂層，其中，控制超音速電弧噴涂的噴涂參數(shù)為：電流80a，電壓20v，壓縮空氣壓力為0.5mpa，噴涂距離為150mm，電弧槍移動(dòng)速度20mm/s。

(5)脫模、拋光處理后得到隔熱杯。

利用激光導(dǎo)熱儀(netzschlfa457microflash)測(cè)得本實(shí)施例制備的隔熱杯整體平均導(dǎo)熱系數(shù)為35.48w/(m*k)，相比較純鋁基體的杯子(導(dǎo)熱系數(shù)為237w/(m*k)，本實(shí)施例所述隔熱杯的隔熱效果非常好。此外，相比較傳統(tǒng)的陶瓷隔熱杯，本實(shí)施例隔熱杯杯壁具有三明治結(jié)構(gòu)，內(nèi)層和外層的金屬涂層對(duì)中間的陶瓷涂層起到了很好的保護(hù)作用，金屬涂層較陶瓷涂層更為柔軟，因此，兩層金屬涂層中間夾著一層陶瓷涂層的三明治結(jié)構(gòu)有利于提高隔熱杯的隔熱性能、力學(xué)性能以及成型性能。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。