[发明专利]一种在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层的方法

说明书

一种在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层的方法，它涉及表面工程领域，本发明对金属表明打磨清洗去污后，进行微弧氧化，加热至树脂熔点，放上树脂或树脂基复合材料，采用超声头施加压力，并进行超声处理后，快速冷却，然后将树脂或树脂基复合材料与金属分离。本发明的方法适用性强，能够适用于一般商用树脂及树脂基复合材料，无需对材料进行特殊处理，可在各种形状的树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层。陶瓷层与树脂之间存在紧密的机械结合，结合质量好，制成效率高，可在树脂及树脂基复合材料表面一次性整体完成陶瓷的覆盖。

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层的方法。

背景技术

聚苯硫醚、聚醚醚酮等特种工程树脂具有比强度高、耐腐蚀、绝缘性好等特点，在航空航天、轨道交通及船舶制造领域应用广泛。但由于树脂硬度低、耐磨性差的不足使其在一些工况下容易发生磨损失效，难以达到设计使用寿命，其后续修补费时费力，降低构件经济效益，这些原因限制了特种工程树脂的使用范围。作为一种具有高硬度材料，陶瓷具有绝佳的耐磨性，除此之外，陶瓷还有耐热、耐腐蚀、绝缘、隔热的优良特性。在树脂表面覆盖一层陶瓷不仅能有效提升树脂材料的硬度和耐磨性，提升其在高摩擦工况下的服役性能，还可以提升树脂表面的耐高温性能。

目前，提升树脂及树脂基复合材料表面硬度的方法是在树脂表面固化陶瓷材料，或者在树脂表面涂刷带有陶瓷颗粒的漆，然而以上方法形成表层是树脂和陶瓷的混合体，其耐磨性低于纯陶瓷。郝晓东等人(授权公告号：CN102251208)公开了一种使用等离子喷涂工艺在树脂表面制备氧化铝陶瓷涂层的方法，这种方法需要预先在树脂基材的表面固化一定厚度铝粉，这种树脂基材需要特殊制备，不能用于一般的商用树脂，适用性有限。

发明内容

本发明的目的是为了解决树脂或树脂基复合材料由于表面硬度较低，在一些工况下容易磨损失效的问题，而提供一种在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层的方法，以提高树脂及树脂基复合材料表面耐磨性能。

本发明根据树脂表面所需陶瓷层的成分确定进行微弧氧化的金属种类，根据待覆陶瓷层的树脂的表面形状和尺寸确定进行微弧氧化的金属的形状和尺寸，使金属的形状和尺寸能贴合待覆陶瓷层的树脂表面。

本发明的一种在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层的方法，它是按照以下步骤进行的：

(1)依据树脂或树脂基复合材料表面所需陶瓷层的成分选择进行微弧氧化的金属，然后对金属表面打磨、清洗去油污；

(2)对金属进行微弧氧化，使金属表面生成厚度≥20μm的微弧氧化陶瓷层；

(3)将微弧氧化后金属加热至树脂熔点，并保持该温度；然后将待覆陶瓷层的树脂或树脂基复合材料置于金属表面，采用超声头压住叠放在一起的树脂或树脂基复合材料和微弧氧化后金属，使树脂或树脂基复合材料与微弧氧化后金属接触面处的压强为0.1-1MPa，树脂或树脂基复合材料与金属接触的表面热塑性变形后，进行超声处理，超声时长0.5s～10s；

(4)将超声处理后的工件，以8～100℃/s的冷却速度冷却至室温后，将树脂或树脂基复合材料与金属分开，即完成所述的在树脂及树脂基复合材料表面覆陶瓷层。

进一步地，所述的树脂为热塑性树脂，所述的热塑性树脂为聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、PEI(聚乙烯亚胺)和聚乙烯(PE)等热塑性树脂。

进一步地，所述的树脂为熔点在120℃以上的热塑性树脂。

进一步地，所述的超声的施加功率≥100W，超声的频率≥10kHz。

进一步地，所述的超声的功率根据覆陶瓷层的面积确定，功率密度为5～30W/mm²，超声的频率15～40kHz。

进一步地，所述的微弧氧化过程中使用的电解液为碱性电解液，所述的碱性电解液为硅酸盐系、磷酸盐系或铝酸盐系碱性电解液。