[发明专利]一种利用热喷涂技术制备耐磨超疏水陶瓷涂层的方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及表面改性领域，具体涉及一种利用热喷涂技术制备耐磨超疏水陶瓷涂层的方法及其产品。

背景技术

超疏水是指水滴的接触角大于150°，滚动角小于10°的固体表面特性，类似于荷叶的自清洁性能。由于超疏水特性在自清洁、节能减阻、生物医学、管道防腐、仿生材料等许多方面都有非常广阔的应用前景，因此固体表面的超疏水改性已成为目前的研究热点之一。

表面粗糙结构和表面化学组成是超疏水性的必要条件，由于两者的低机械稳定性限制了超疏水表面在实际中的应用。在自然界中，植物可以通过微纳米结构的重构或释放蜡状的物质来修复保留其超疏水性，但是人造的超疏水表面却很难具有植物的这种性质。因而，制备机械稳定的超疏水表面能很好的解决由机械破坏引起的这一问题，从而实现超疏水表面的长期应用。

目前，已出现了许多实现超疏水特性的技术，但工艺较复杂，同时也难以实现超疏水表面的大面积制备，无法实现工业化应用，因此找到一种操作方便，工艺简单，重复性好、能大面积制备并利于工业化应用的技术仍然是此领域亟待解决的一个问题。

陶瓷材料具有许多优势，如耐磨、性质稳定、耐腐蚀、耐高温等，将陶瓷作为一种涂层材料，能很好地将无机材料的优势与超疏水特性结合起来，在超疏水应用领域具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种利用热喷涂技术制备耐磨超疏水陶瓷涂层的方法及其产品，该制备方法得到的耐磨超疏水陶瓷涂层同时具有良好的自清洁性能和耐磨性能。

一种利用热喷涂技术制备耐磨超疏水陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：

(1)对基体表面进行清洗和喷砂粗化处理，得到具有粗糙表面的基体；

(2)利用等离子体喷涂技术在步骤(1)得到的基体表面喷涂陶瓷材料，得到陶瓷涂层；

(3)利用液料火焰喷涂技术在步骤(2)所得到的陶瓷涂层表面喷涂低表面能物质层，得到所述的耐磨超疏水陶瓷涂层。

步骤(1)中，优选地，所述的基体材料为金属、合金、陶瓷等材料。

作为优选，采用丙酮、盐酸和去离子水依次进行清洗。

作为优选，采用喷砂机进行所述的喷砂粗化处理；

喷砂粗化时，空气压力为0.5～1.0MPa，喷砂时间为10秒～1分钟，喷砂用砂丸目数为30～200目。

步骤(2)中，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电压35-75V，电弧电流200-600A，主气流量30-80L/min，副气流量5-50L/min，送粉速度10-100g/min，喷涂距离100-200mm。优选地，采用的喷涂材料为陶瓷材料。

采用等离子喷涂技术制备超疏水涂层的过程中，主气可以采用氩气，氮气和氦气等气体，副气可以采用氢气和氮气。

作为优选，陶瓷涂层具有微图案化的可控结构。在等离子喷涂过程中，分别使用200目、120目、80目等不同目数的316L不锈钢网作为喷涂掩膜，可以得到具有微图案化结构的陶瓷涂层。

步骤(3)中，所喷涂的物质为低表面能物质或者低表面能物质修饰的纳米颗粒。

采用液料火焰喷涂低表面能物质层时，工艺参数为电流200-600A，电压10-60V，助燃气体O₂压力为0.1-1MPa，流量为1-10Nm³/h，C₂H₂的压力为0.1-0.5MPa，流量为1-5Nm³/h，送粉速度10-100g/min，喷涂距离为100-200cm。

优选地，低表面能物质为氟树脂、氟碳树脂、氟硅烷树脂中的一种或几种，低表面能物质修饰的纳米颗粒为氧化铝、二氧化钛、铜等纳米颗粒中的一种或几种；进一步优选PTFE(聚四氟乙烯)修饰的纳米铜粒子作为低表面能物质，具体的制备步骤为：将浓度为1-20％(质量百分数)的Cu纳米粒子加入到乙醇中，搅拌均匀，然后在该溶液中加入1-20％的PTFE，搅拌均匀后即可得到低表面能物质修饰的纳米颗粒。

本发明还提供了一种由所述的制备方法制备得到耐磨超疏水陶瓷涂层。

同现有技术相比，本发明提供的制备方法，很好地将陶瓷材料的耐磨、耐腐蚀、耐高温、长使用寿命等优点与超疏水的性能相结合，充分发挥了陶瓷材料的优势。得到的超疏水陶瓷涂层，接触角大于150°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性，同时具有很好的耐磨性能。

附图说明

图1为实施例1制备的普通超疏水涂层表面扫描电镜图；