具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)TiO₂涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)TiO2涂層及其制備方法；該TiO2涂層的厚度為10～100μm，涂層中TiO2的晶相組成為銳鈦礦相和金紅石相。本發(fā)明采用液相熱噴涂和傳統(tǒng)熱噴涂方法結(jié)合，將TiO2液料和粉末同時(shí)送入熱噴涂火焰，制得的TiO2涂層與液相熱噴涂法獲得的TiO2涂層相比，其顯微硬度提高近10倍，附著力提高近3倍，有利于TiO2涂層自清潔功能的發(fā)揮，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，有望產(chǎn)生極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)T i化涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基底表面Ti化涂層技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種具備自清潔功能的微納結(jié) 構(gòu)Ti化涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鐵(Ti〇2)是一種具有良好光學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和自清潔性能的新材料， W納米二氧化鐵為基礎(chǔ)的相關(guān)產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于航天工業(yè)、化工、醫(yī)療等行業(yè)。
[0003] Ti化涂層的傳統(tǒng)制備方法主要有溶膠-凝膠法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積 法、電化學(xué)方法等，傳統(tǒng)的制備方法或者沉積率較低，或者技術(shù)較復(fù)雜、對(duì)原料和設(shè)備要求 較高、成本昂貴，所W要想實(shí)現(xiàn)Ti化涂層的大規(guī)模應(yīng)用亟需開發(fā)出新的涂層制備方法。
[0004] 熱噴涂是一種高效率、低成本制備大面積涂層的有效方法[P.Fauchais， M.Vardelle,J.F.Coudert,A.Vardelle,C.Delbos,J.Fazilleau,Pure Appl.Chem.,2005, 77(2) :475-485.]，然而，傳統(tǒng)的熱噴涂方法必須使用微米級(jí)粉末，且在熱噴涂過程中由于 粉末粒子經(jīng)歷高溫作用導(dǎo)致Ti化的晶型轉(zhuǎn)變及晶粒長(zhǎng)大，因此，傳統(tǒng)的熱噴涂方法難W獲 得理想的Ti化自清潔涂層。
[0005] 液相熱噴涂是將制備涂層的前驅(qū)體或懸濁液作為噴涂原料進(jìn)行熱噴涂制備涂層 的工藝技術(shù)，運(yùn)種直接沉積涂層的方法將粉末制備和涂層制備合二為一，大大簡(jiǎn)化了工藝 步驟，且由于噴涂過程中液體的蒸發(fā)和揮發(fā)帶走大量的熱量，噴涂粒子經(jīng)歷的溫度較低，液 相熱噴涂方法具有降低原料粒子顆粒長(zhǎng)大和晶型轉(zhuǎn)變的優(yōu)點(diǎn)。在下述文獻(xiàn)中 L.Tom3,L.-M.Berger,C.C.Stehr,T.N3um3nn,3nd S.L曰ngner,J.Therm.Spray Technol., 2010,19(1-2):262-274,(2)Roman Jaworski,Lech Pawlowski,Francine Roudet,Stefan Kozerski'Fabrice Petit,Surface and Coatings Technology,2008,202:2644-2653,(3) Qiang-Jiu Li,Guan-Jun Yang,Ze Wang,Materials Letters 2003,57:2130-2134。已經(jīng)報(bào) 道采用液相熱噴涂方法成功制備出納米結(jié)構(gòu)Ti化涂層，但從報(bào)道的結(jié)果來看，所制得涂層 的附著力仍需進(jìn)一步提高。綜上，探索出一種新型的、能大規(guī)模制備的、具有自清潔用途的 微納結(jié)構(gòu)Ti化涂層具有重要的研究?jī)r(jià)值，將帶來極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具備自清潔功能的微納結(jié) 構(gòu)Ti02涂層及其制備方法，特別是一種結(jié)合液相熱噴涂和傳統(tǒng)熱噴涂方法，將液料和粉末 同時(shí)送入熱噴涂火焰，從而獲得上述具有自清潔用途的微納結(jié)構(gòu)Ti化涂層的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[000引第一方面，本發(fā)明提供一種具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti化涂層，所述Ti化涂層中 Ti化的晶相組成包括銳鐵礦相、金紅石相；其中，銳鐵礦相Ti化在所述Ti化涂層中的質(zhì)量百 分比為3~35%。本發(fā)明之所W將銳鐵礦相Ti化在所述Ti化涂層中的質(zhì)量百分比優(yōu)選為3~ 35%，原因在于，如果銳鐵礦相Ti化的質(zhì)量百分比過小，將會(huì)使涂層力學(xué)性能降低，如果大 于35%，則會(huì)導(dǎo)致涂層在使用過程中的穩(wěn)定性下降。
[0009] 優(yōu)選地，所述銳鐵礦相Ti化在所述Ti化涂層中的質(zhì)量百分比為20~30%。進(jìn)一步優(yōu) 選地的原因在于使涂層中保留的亞穩(wěn)態(tài)銳鐵礦相起到保持涂層具有良好力學(xué)性能，同時(shí)保 持涂層使用穩(wěn)定性的效果。
[0010] 優(yōu)選地，所述Ti〇2涂層的厚度為10~100皿。
[0011] 優(yōu)選地，所述Ti化涂層位于基底表面。
[0012] 優(yōu)選地，所述基底的材質(zhì)包括但不限于鐵合金、儀合金或不誘鋼等。
[0013] 第二方面，本發(fā)明提供一種所述具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方 法，包括如下步驟:采用火焰噴涂的方法，將輸送至噴涂火焰根部的噴涂液料、噴涂粉料噴 涂至基底表層，即可獲得具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti化涂層；
[0014] 其中，所述噴涂液料中銳鐵礦相Ti化的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~9%，所述噴涂粉料含有金 紅石相Ti化。
[0015] 優(yōu)選地，所述噴涂液料、噴涂粉料的輸送方式分別為槍外送料方式、槍內(nèi)送粉方 式。
[0016] 優(yōu)選地，所述噴涂液料中銳鐵礦相Ti化的平均粒度為10~40nm;所述金紅石相Ti化 的平均粒度為10~40WI1。
[0017] 優(yōu)選地，所述噴涂液料的制備具體包括:將銳鐵礦相Ti化溶于乙醇溶液中，混合均 勻，即得。
[0018] 優(yōu)選地，所述乙醇溶液中水和無水乙醇的體積比為（1~4): 1。更優(yōu)選地，所述水為 去離子水。
[0019] 優(yōu)選地，所述混合均勻采用的方式為磁力攬拌。更優(yōu)選地，所述磁力攬拌的條件 為:200 ~400;r/min、1 ~4小時(shí)。
[0020] 優(yōu)選地，所述噴涂液料輸送方向與熱噴涂火焰軸線方向呈30°~90°夾角;所述噴 涂粉料的輸送速率為5~15g/min。
[0021] 優(yōu)選地，所述噴涂液料是在霧化后進(jìn)行輸送的。更優(yōu)選地，所述霧化具體為采用壓 縮空氣霧化;其中壓縮空氣的壓力為0.2~0.6MPa，流量為1.5~4.5Nm3A。
[0022] 優(yōu)選地，所述噴涂前，基底需要進(jìn)行粗化處理。更優(yōu)選地，所述粗化處理的方式可 采用噴砂粗化，粗化處理后還需對(duì)基底進(jìn)行清理。
[0023] 優(yōu)選地，所述火焰噴涂中，燃?xì)獾膲毫?.05~0.15MPa，流量為1.0~2. ONm^h; 助燃?xì)鈮毫?.3~0.7MPa，流量為2.0~3.5NmVh。
[0024] 優(yōu)選地，所述燃?xì)鉃橐液妗⒅細(xì)鉃檠鯕狻?br>[0025] 優(yōu)選地，所述噴涂過程中，噴涂火焰出口與基底之間的噴涂距離為100~200mm。 [00%]本發(fā)明提供的基底表面的Ti化涂層中Ti化同時(shí)具有銳鐵礦相和金紅石相，并且銳 鐵礦型Ti化含量較高，該Ti化涂層與現(xiàn)有技術(shù)中的Ti化涂層相比，具有高硬度、高附著力，具 有重要的應(yīng)用價(jià)值，有望產(chǎn)生極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供的該Ti化涂層的制備方法 巧妙地將液相熱噴涂和傳統(tǒng)熱噴涂方法結(jié)合在一起，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] (1)將Ti化液料和粉末同時(shí)送入熱噴涂火焰，結(jié)合了液相熱噴涂和傳統(tǒng)熱噴涂方 法的優(yōu)點(diǎn)，制得的涂層與液相熱噴涂法獲得的涂層相比，其顯微硬度和附著力均大幅提高， 顯微硬度值能夠達(dá)到534.1HV，提高近10倍，臨界載荷能夠達(dá)到25.5N，提高近3倍；
[00%] (2)通過調(diào)整火焰噴涂過程中Ti化液料和粉末的輸送比例，能夠控制所制得Ti化涂 層中銳鐵礦相和金紅石相的組分，當(dāng)二者達(dá)到一個(gè)合適的比例時(shí)，Ti〇2涂層具有優(yōu)異的力 學(xué)性能；同時(shí)，通過控制輸送比例，可W實(shí)現(xiàn)涂層中，尤其是涂層表面納米Ti化顆粒的相對(duì) 含量的可控化，保證涂層的自清潔性能。
【附圖說明】
[0029] 通過閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0030] 圖1是本發(fā)明具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti化涂層的制備方法示意圖；
[0031] 圖2是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的XRD圖 譜；
[0032] 圖3中的a、b、c、d分別是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的 Ti化涂層的截面沈M形貌圖；
[0033] 圖4是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的顯微硬 度比較圖；
[0034] 圖5是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的附著力 比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0036] 下述實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)涂層性能的測(cè)試主要是通過W下方法進(jìn)行的：
[0037] 為了表征本發(fā)明的Ti化涂層的硬度W及與基底間的附著力，采用顯微硬度計(jì)和涂 層附著力自動(dòng)劃痕儀，通過涂層顯微硬度測(cè)試方法表征該Ti化涂層的硬度，通過涂層附著 力測(cè)試方法表征該Ti化涂層與基底間的附著力。
[0038] 涂層顯微硬度測(cè)試方法為:將Ti化涂層樣品的橫截面鑲嵌后拋光，采用數(shù)顯硬度 計(jì)測(cè)量涂層橫截面的顯微硬度，所加載荷為25g，保壓時(shí)間為10s。硬度計(jì)算公式為：
[0039]
[0040] 式中：P--所加載荷；
[0041] d-壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度；
[0042] a--正方形四棱角錐體壓頭兩相對(duì)面夾角(規(guī)定為136° )。
[0043] 每個(gè)試樣測(cè)試5個(gè)點(diǎn)W上，最后的硬度取其平均值。
[0044] 涂層附著力測(cè)試方法為:通過涂層附著力自動(dòng)劃痕儀上的加載機(jī)構(gòu)將負(fù)載連續(xù)加 至劃針上，同時(shí)移動(dòng)Ti化涂層試樣，使劃針劃過涂層表面，當(dāng)劃針將涂層劃破或表面剝落時(shí) 會(huì)發(fā)出微弱的聲信號(hào)，此時(shí)的載荷值即為涂層與基底的結(jié)合強(qiáng)度，即臨界載荷。本發(fā)明中所 用測(cè)試參數(shù)為:加載速率12N/min，試驗(yàn)載荷60N，劃痕速度Imm/min，劃痕長(zhǎng)度5mm。每個(gè)試樣 進(jìn)行5次W上劃痕測(cè)試，最后的臨界載荷取其平均值。
[0045] 對(duì)比實(shí)施例1
[0046] 為了與下述實(shí)施例1~6進(jìn)行對(duì)比，本對(duì)比例中基底表面的Ti化涂層的晶相結(jié)構(gòu)僅 有銳鐵礦相型Ti化，義用現(xiàn)有的液相熱噴涂法制備，具體制備方法如下：
[0047] 將去離子水和無水乙醇按體積比1:1混合配成溶劑，將市售平均粒度為10~40nm、 晶型為銳鐵礦的Ti化粉加入上述配好的溶劑中，通過磁力攬拌混合均勻制成噴涂液料；
[004引噴涂自U，義用AI2O3砂粒對(duì)噴涂基底表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理，預(yù)處理后兩小時(shí)W內(nèi)進(jìn) 行液相熱噴涂，得到基底表面厚度為40WI1的Ti化涂層。
[0049]利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為52.2HV，利用涂層 附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為9.2N。噴涂后的基材表面完全覆蓋一層 Ti化涂層，涂層由微米級(jí)的顆?；ハ喽逊e而成，顆粒之間存在大量的微孔。進(jìn)一步觀察單個(gè) 微米級(jí)顆粒發(fā)現(xiàn)，每個(gè)顆粒均是由納米級(jí)的Ti02粒子組成。所形成的微納結(jié)構(gòu)，可起到自清 潔的效果。
[00加]對(duì)比實(shí)施例2
[0051]本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例，對(duì)比之處在于，僅向基底噴涂了噴涂粉料，結(jié)果未 能形成具有自清潔效果的微納結(jié)構(gòu)。
[0化。對(duì)比實(shí)施例3
[0053] 本對(duì)比例是實(shí)施例1的對(duì)比例，對(duì)比之處在于，所述噴涂液料中銳鐵礦相Ti化的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為10%，結(jié)果導(dǎo)致涂層的力學(xué)性能下降，不利于使用過程中的穩(wěn)定性并可降低涂層 的使用壽命。
[0054] 實(shí)施例1
[0055] 本實(shí)施例中，該Ti化涂層中Ti化的晶相組成為銳鐵礦相和金紅石相，按照質(zhì)量份數(shù) 計(jì)，銳鐵礦型Ti化占3~35%。該Ti化涂層的具體制備方法如下(見圖1):
[0056] 將去離子水和無水乙醇按體積比1:1混合配成溶劑，將市售平均粒度為lOnm~ 40nm、晶型為銳鐵礦的Ti化粉加入上述配好的溶劑中，通過磁力攬拌混合均勻制成Ti化固含 量為Iwt%的噴涂液料1。噴涂粉料2為市售平均粒度為10皿~40皿、晶型為金紅石的Ti化粉 末。噴涂前，采用Al2〇3砂粒對(duì)噴涂基底表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理，預(yù)處理后兩小時(shí)W內(nèi)進(jìn)行熱噴 涂處理。
[0057] 如圖1所示，采用壓力為0.4MPa，流量為3Nm3/h的壓縮空氣將上述噴涂液料1霧化， 然后采用火焰噴涂槍外送料方式，使霧化液料的輸送方向與噴涂火焰巧由線方向成90°夾角 進(jìn)入噴涂火焰5根部。同時(shí)，采用火焰噴涂槍內(nèi)送粉方式將微米Ti化粉末WlOg/min的輸送 速率輸送到噴涂火焰5根部。采用火焰噴涂方法，W乙烘為燃?xì)?，控制燃?xì)鈮毫?.1 MPa， 流量為1.5Nm^h; W氧氣為助燃?xì)?，控制助燃?xì)鈮毫?.5MPa，流量為3Nm3/h;噴涂過程中 控制噴涂距離為150mm，控制噴涂時(shí)間，使得所制備涂層厚度約為40WI1。
[005引利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為220.8HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為化.3N。
[0059] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[0060] 實(shí)施例2
[0061] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中噴涂液料的Ti化固含量為 4wt%，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0062] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為173.1HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為17.7N。
[0063] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[0064] 實(shí)施例3
[0065] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中噴涂液料的Ti化固含量為 7wt%，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0066] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為534.1HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為化.5N。
[0067] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[006引 實(shí)施例4
[0069] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中微米粉末的輸送速率改為 5g/min，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0070] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為320.8HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為18.3N。
[0071] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[007。實(shí)施例5
[0073] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中微米粉末的輸送速率改為 15g/min，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0074] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為480.5HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為24.7N。
[0075] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[007引 實(shí)施例6
[0077] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中燃?xì)饬髁繛?. ONm^h，助燃 氣流量為2.5Nm3 A，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0078] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為387.5HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為19.2N。
[0079] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[0080] 實(shí)施例7
[0081 ]本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中燃?xì)饬髁繛?.ONm^h，助燃 氣流量為3.5Nm3 A，其他實(shí)驗(yàn)條件相同。
[0082]利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為390.4HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為21.5N。
[0083] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[0084] 實(shí)施例8
[0085] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中噴涂距離為100mm，其他實(shí) 驗(yàn)條件相同。
[0086] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為505.8HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為24.6N。
[0087] 與對(duì)比實(shí)施例相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的力 學(xué)性能得到明顯改善。
[00則 實(shí)施例9
[0089] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是本實(shí)施例中噴涂距離為200mm，其他實(shí) 驗(yàn)條件相同。
[0090] 利用涂層顯微硬度測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的顯微硬度約為397.6HV，利用涂 層附著力測(cè)試方法測(cè)得上述Ti化涂層的臨界載荷約為20.2N。
[0091] 與對(duì)比實(shí)施例1相比，本實(shí)施例中采用復(fù)合火焰噴涂方法制備得到的Ti化涂層的 力學(xué)性能得到明顯改善。
[0092] 圖1中的附圖標(biāo)記為:噴涂液料1、噴涂粉料2、助燃?xì)?、燃?xì)?、噴涂火焰5。
[0093] 圖2是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的XRD圖 譜。結(jié)果表明，W液料和微米粉末為噴涂原料，采用火焰噴涂法制備的Ti化涂層中均含有銳 鐵礦和金紅石兩種晶相，且隨著所用液料中納米Ti化固體含量的提高，所獲得涂層中銳鐵 礦含量也顯著提高。
[0094] 圖3中的a是對(duì)比實(shí)施例l、b是實(shí)施例l、c是實(shí)施例2、d是實(shí)施例3中制備得到的 Ti化涂層的截面形貌圖。結(jié)果表明，W液料和微米粉末為噴涂原料，采用火焰噴涂法制 備的Ti化涂層中微米粒子烙化后與基體表面碰撞所形成的扁平粒子互相連接形成涂層的 骨架結(jié)構(gòu)，液料經(jīng)過蒸發(fā)后所余下的納米顆粒主要填充在扁平粒子的內(nèi)部孔桐和結(jié)合部 位。且隨著所用液料中納米Ti化固體含量的提高，所獲得涂層中納米顆粒含量也顯著提高。 其中實(shí)施例3得到的Ti化涂層中納米顆粒已經(jīng)遍布整個(gè)涂層區(qū)域，形成連續(xù)的納米結(jié)構(gòu)涂 層。
[00M]圖4是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的顯微硬 度比較圖。結(jié)果表明，W液料和微米粉末為噴涂原料，采用火焰噴涂法制備的Ti化涂層與液 相火焰噴涂法制得的涂層相比，其顯微硬度值均有顯著提高，其中，實(shí)施例3中的Ti化涂層 的顯微硬度值達(dá)到534.1HV，約為對(duì)比實(shí)施例中的Ti化涂層的10倍W上。
[0096] 圖5是對(duì)比實(shí)施例1、實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂層的附著力 比較圖。結(jié)果表明，W液料和微米粉末為噴涂原料，采用火焰噴涂法制備的Ti化涂層與液相 火焰噴涂法制得的涂層相比，其附著力均有顯著提高，其中，實(shí)施例3中制備得到的Ti化涂 層的附著力達(dá)到25.5N，約為對(duì)比實(shí)施例中的Ti化涂層的3倍左右。
[0097] 綜上所述，本發(fā)明將Ti化液料和粉末同時(shí)送入熱噴涂火焰，結(jié)合了液相熱噴涂和 傳統(tǒng)熱噴涂方法的優(yōu)點(diǎn)，制得的涂層與液相熱噴涂法獲得的涂層相比，其顯微硬度和附著 力均大幅提高，顯微硬度值能夠達(dá)到534.1HV，提高近10倍，臨界載荷能夠達(dá)到25.5N，提高 近3倍;本發(fā)明還通過調(diào)整火焰噴涂過程中Ti化液料和粉末的輸送比例，能夠控制所制得 Ti化涂層中銳鐵礦相和金紅石相的組分，當(dāng)二者達(dá)到一個(gè)合適的比例時(shí)，Ti〇2涂層具有優(yōu)異 的力學(xué)性能；同時(shí)，通過控制輸送比例，可W實(shí)現(xiàn)涂層中，尤其是涂層表面納米Ti化顆粒的 相對(duì)含量的可控化，保證涂層的自清潔性能。
[0098] W上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，運(yùn)并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti〇2涂層，其特征在于，所述Ti〇2涂層中Ti〇 2的晶相 組成包括銳鈦礦相、金紅石相；其中，銳鈦礦相Ti02在所述Ti02涂層中的質(zhì)量百分比為3~ 35%〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層，其特征在于，所述銳鈦 礦相Ti02在所述Ti0 2涂層中的質(zhì)量百分比為20~30%。3. -種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其 特征在于，包括如下步驟： 采用火焰噴涂的方法，將輸送至噴涂火焰根部的噴涂液料、噴涂粉料噴涂至基底表層， 即可獲得具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層； 其中，所述噴涂液料中銳鈦礦相Ti02的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1~9%，所述噴涂粉料含有金紅石相 Ti02〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征在 于，所述噴涂液料、噴涂粉料的輸送方式分別為槍外送料方式、槍內(nèi)送粉方式。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征 在于，所述噴涂液料的輸送方向與熱噴涂火焰軸線方向呈30°~90°夾角;所述噴涂粉料的 輸送速率為5~15g/min。6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征 在于，所述噴涂液料是在霧化后進(jìn)行輸送的，所述霧化具體為采用壓縮空氣霧化;其中壓縮 空氣的壓力為0 · 2~0 · 6MPa，流量為1 · 5~4 · 5Nm3/h。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征在 于，所述噴涂前，基底需要進(jìn)行粗化處理。8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征在 于，所述火焰噴涂中，燃?xì)獾膲毫椹?· 05~0 · 15MPa，流量為1 · 0~2 · 0Nm3/h;助燃?xì)鈮毫?0 · 3~0 · 7MPa，流量為2 · 0~3 · 5Nm3/h。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征在 于，所述燃?xì)鉃橐胰?、助燃?xì)鉃檠鯕狻?0. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具備自清潔功能的微納結(jié)構(gòu)Ti02涂層的制備方法，其特征在 于，所述噴涂過程中，噴涂火焰出口與基底之間的噴涂距離為100~200mm。
【文檔編號(hào)】C23C4/11GK106048494SQ201610523030
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】鞠鵬飛, 蘇培博, 宋曉航, 王聞杰, 李崇桂, 沙春生, 郭立杰
【申請(qǐng)人】上海航天設(shè)備制造總廠