一種靜電噴涂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靜電噴涂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含氟涂料，一般稱(chēng)作“不粘涂層”或“易潔鑊物料”；是一種使用了氟取代聚乙烯中氫原子的人工合成高分子材料。這種材料具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)，含氟涂料具有耐高溫的特點(diǎn)，它的摩擦系數(shù)極低，所以可作潤(rùn)滑作用之余，亦成為了易潔鑊和水管內(nèi)層的理想涂料。
[0003]含氟涂料通常包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯一全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)和氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)。這些涂料的涂覆過(guò)程包括將上述含氟涂料的乳液或粉末涂覆于工件表面、低溫烘干及高溫?zé)Y(jié)固化。燒結(jié)固化的過(guò)程是在超過(guò)含氟涂料本身的熔點(diǎn)的溫度下保持一段時(shí)間，使工件表面的涂料顆粒發(fā)生熔融，形成一個(gè)連續(xù)、完整的涂層，并與工件表面緊密結(jié)合。
[0004]目前，金屬及其合金仍然是很重要的結(jié)構(gòu)材料，其應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。金屬腐蝕現(xiàn)象是普遍的，并給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失。金屬防腐蝕方法很多，其中有機(jī)涂層防腐蝕是最普遍和最重要的手段之一，該方法施工簡(jiǎn)單，適應(yīng)性廣。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)涂層和涂敷方法提出了更高的要求。有機(jī)氟聚合物具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性能、耐熱性能、耐候性能、不粘性能和潤(rùn)滑性能等，越來(lái)越受到人們重視，被廣泛應(yīng)用于重防腐、高檔裝飾、防粘和潤(rùn)滑處理等方面。在所有有機(jī)氟聚合物中，聚四氟乙烯(PTFE)的防腐蝕性能最好、應(yīng)用最廣，因而被稱(chēng)為“塑料王”。而PTFE的衍生物PFA、FEP由于也同樣具有防腐蝕性能，也被廣泛的應(yīng)用。
[0005]激光材料加工是一種非接觸、無(wú)污染、高能流、低噪聲、可實(shí)現(xiàn)多種加工目的的綠色加工技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是激光與材料(包括金屬和非金屬)相互作用的過(guò)程，即通過(guò)激光光子與材料的相互作用，引起材料一系列的物理和化學(xué)變化，從而實(shí)現(xiàn)材料的制備、改性和成型等加工目的。
[0006]現(xiàn)有的防腐蝕的方式通常是通過(guò)制作PTFE襯里和表面噴涂-燒結(jié)的方法對(duì)金屬表面進(jìn)行防腐蝕處理。然而上述的處理方式也存在缺陷，對(duì)于PTFE襯里來(lái)說(shuō)，PTFE自身不粘的特性決定了其加工難度，即使用鈉-萘對(duì)于金屬表面進(jìn)行表面處理所制備的緊襯，在高真空度工況下也依然存在局部脫落、起泡等問(wèn)題。而對(duì)于通過(guò)“翻邊”工藝制備的松襯，在翻邊處常會(huì)斷裂。并且襯里本身造價(jià)高昂，且破損后無(wú)法修復(fù)，廢料也無(wú)法回收利用。
[0007]以普通噴涂的方式雖然可以保證與基材的粘結(jié)力，但無(wú)法制備較厚的涂層，通常厚度在200 μ m左右。而對(duì)于工況復(fù)雜，特別是容易存在機(jī)械磨損、撞擊的工件來(lái)說(shuō)，通常應(yīng)保證涂層厚度在500-1000 μ m左右，且具有耐機(jī)械磨損、耐腐蝕性能良好及具有較好粘結(jié)力等技術(shù)參數(shù)。
[0008]另一方面，靜電噴涂的方式雖然是能夠制備較厚的塑料類(lèi)涂層的一般方法，但由于含氟涂料本身具有極佳的絕緣性能，在第一次燒結(jié)成為完整的涂層膜后，即無(wú)法在該涂層膜上繼續(xù)進(jìn)行靜電噴涂。
[0009]綜上，現(xiàn)有的使用含氟涂料對(duì)金屬進(jìn)行耐腐蝕處理的方法中存在諸多問(wèn)題:
(1)襯里的方式粘結(jié)性能不足，無(wú)法修復(fù)；
(2)常規(guī)噴涂方式無(wú)法滿(mǎn)足涂層厚度需要；
(3 )現(xiàn)有的靜電噴涂方式不能用于多次噴涂已達(dá)到制備較厚含氟涂料涂層的目的。
[0010]因此，需要找到一種既具有牢固的與基材結(jié)合能力，又易于操作的方法，以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在高溫下，常用的含氟涂料具有一定的導(dǎo)電性，尤其是在在高于250°C時(shí)，大多數(shù)含氟涂料以的熔融態(tài)的形式存在，而熔融態(tài)的含氟涂料具有較高的粘性，此時(shí)，再進(jìn)一步使用靜電噴涂方法，利用正負(fù)電荷相互吸附的作用，使基材及吸附其上的高溫涂層與噴涂槍噴出的涂料帶相反的電荷，即可對(duì)高溫工件及其表面的熔融態(tài)涂層進(jìn)行繼續(xù)噴涂，從而制備較厚的涂層。
[0012]使用激光作為熱源時(shí)，僅在局部進(jìn)行加熱，并且升溫速度快、溫度可控，使用激光作為熱源施工時(shí)，即可在激光燒結(jié)局部的高溫狀態(tài)下立即進(jìn)行下一次噴涂，以達(dá)到增加涂層厚度的目標(biāo)。此外，使用激光熱源，一方面降低了因需要在高溫下操作而穿著防護(hù)服、以及熱工件對(duì)環(huán)境要求等施工難度；另一方面由于激光僅對(duì)于表面進(jìn)行加熱，也減少了長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱以及驟冷對(duì)工件產(chǎn)生的傷害。進(jìn)一步的，由于激光為精細(xì)熱源，便于通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備控制，可以將自動(dòng)噴涂設(shè)備與激光燒結(jié)設(shè)備制備成一種連續(xù)的噴涂-燒結(jié)設(shè)備。
[0013]由此，發(fā)明人發(fā)明了使用激光作為加熱源在靜電粉末噴涂中對(duì)工件表面涂覆的含氟涂料進(jìn)行燒結(jié)的方法。
[0014]本發(fā)明首先涉及一種靜電噴涂的方法，其特征在于，包括如下步驟，
(1)使用靜電噴涂方法，使基材附著涂層粉末并進(jìn)行燒結(jié)；
(2)使用激光加熱附著了涂層的基材表面，使涂層熔融；
(3)在熔融態(tài)的涂層上，進(jìn)一步通過(guò)靜電噴涂涂料粉末；
(4)使用激光加熱涂料粉末使其熔融并和之前的涂層熔合，增厚基材表面的涂層；
(5)重復(fù)以上步驟(2)?(4)，使得涂層厚度達(dá)到設(shè)定需求。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟(3)進(jìn)一步包括在靜電噴涂涂料粉末步驟后進(jìn)行含氟乳液涂料噴涂的步驟。。
[0016]根據(jù)需要，所述方法還包括下述步驟的一種或多種，
1.重復(fù)權(quán)利要求1所述步驟(2)?(4)數(shù)次，使得涂層達(dá)到所需厚度；
?.進(jìn)一步通過(guò)激光，加熱融合后的涂層使其融合充分；
ii1.進(jìn)一步噴涂含氟乳液涂料并使用激光加熱使該涂料與已有涂層融合；
上述步驟可重復(fù)進(jìn)行一次或多次。
[0017]優(yōu)選的，步驟(2)在涂覆時(shí)表面溫度在100-500°C，更優(yōu)選的，表面溫度在200-4000C，最優(yōu)選的，表面溫度在250-350°C。
[0018]優(yōu)選的，所述涂料為含氟粉狀涂料，更優(yōu)選的，所述涂料為FEP或PFA粉狀涂料。所述乳液涂料為為FEP或PFA乳液涂料本發(fā)明所述方法,能夠制備的噴涂涂層的厚度為100 μ m至2000 μ m。
[0019]本發(fā)明所述的激光的波長(zhǎng)范圍193nm_351nm、1050nm-1070nm、10640nm、功率20-1000W、
本發(fā)明所述的激光光源可以是
(I)點(diǎn)狀激光發(fā)生器，
或(2)連續(xù)的點(diǎn)狀激光發(fā)生器組成的線性組合激光發(fā)射器，
或(3)對(duì)激光光束進(jìn)行整型或變形，將點(diǎn)狀激光整形為線型光束或狹長(zhǎng)面激光，
(3)中所述的激光光束的整型可以使用多種整型方式，例如通過(guò)棱鏡、多個(gè)反光鏡與多個(gè)棱鏡的組合、多個(gè)棱鏡的組合、二元光學(xué)元件、光楔列陣(SWA)聚焦光學(xué)系統(tǒng)、液晶空間光調(diào)制器、雙折射透鏡組等將點(diǎn)狀激光整形為所述線型光束或狹長(zhǎng)面光束；或以高速震蕩的方式，在直線軌跡上掃描點(diǎn)狀激光發(fā)射器，從而獲得將點(diǎn)狀激光整型為線狀或狹長(zhǎng)面激光的效果，經(jīng)整形后的激光束均勻分布呈線狀或呈狹長(zhǎng)面，激光能量均勻分布于線狀或狹長(zhǎng)面上。
[0020]步驟(2)或(4)所述激光加熱方法為，通過(guò)激光對(duì)涂覆的涂料進(jìn)行特定路徑的掃描，從而加熱產(chǎn)品表面的涂料使其熔融。
[0021]所述的激光加熱方法中，通過(guò)控制激光掃描的速率，對(duì)涂料的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0022]所述的激光加熱方法中，根據(jù)特定涂料的折射率，選擇不同的波長(zhǎng)的激光，輻照時(shí)間。
[0023]本發(fā)明所述的方法靜電噴涂的方法，更優(yōu)選的方式為使用多個(gè)激光發(fā)生器組，所述激光發(fā)生器組通過(guò)特定的排列，形成更大的燒結(jié)線/面。
[0024]激光輻照含氟涂料的宏觀物理表象，包括激光的吸收、部分反射和折射、含氟涂料的溫度升高及熔化等，既取決于激光的功率密度、輻照時(shí)間等激光工藝參數(shù)，也取決于被輻照含氟涂料的物理性能，如材料對(duì)激光的吸收系數(shù)、熱導(dǎo)率、比熱容以及材料的相變溫度、熔化溫度和密度等。由此，本發(fā)明所涉及技術(shù)方案中的激光參數(shù)，還可以根據(jù)被噴涂的涂料、環(huán)境的不同進(jìn)行修正，所述修正包括但不限于，根據(jù)涂料中的顏料對(duì)于激光的吸收量的差異或根據(jù)環(huán)境溫度的差異，調(diào)整激光器參數(shù)，使激光的參數(shù)滿(mǎn)足固化涂料的條件。
[0025]使用本發(fā)明所述方法進(jìn)行噴涂時(shí)不限制于燒結(jié)爐的大小，通過(guò)對(duì)激光的整型、多個(gè)激光并行使用，可以對(duì)于任意尺寸工件特別是大型工件的燒結(jié)，解決了大型工件的耐腐蝕處理問(wèn)題。另外，使用該方法可以相對(duì)于傳統(tǒng)單純?nèi)橐簢娡糠焖僦苽漭^厚含氟涂料涂層。使用靜電噴涂于傳統(tǒng)乳液噴涂相結(jié)合的方法解決了單純靜電噴涂容易產(chǎn)生針孔的問(wèn)題。此外，使用本方法制備得到的涂層具有可修復(fù)性，對(duì)于待修復(fù)區(qū)域及周邊進(jìn)行局部的清除處理并使用相同的靜電涂覆方法即可在原有涂層的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部的修復(fù)。另外，由于激光加熱方法為局部加熱，避免了整體燒結(jié)方式對(duì)于基材帶來(lái)的傷害(如應(yīng)力釋放導(dǎo)致的基材形變)。使用上述加工方式可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式、免拆卸、免運(yùn)輸加工，提高了工作效率，降低了成本。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)由以下所描述的實(shí)施例得出。工件需要進(jìn)行常規(guī)的前處理，如噴砂或化學(xué)腐蝕。
[0027]實(shí)施例1:
工件尺寸:200mm*200mm*3mm,工件材質(zhì):鋼。
[0028](I)對(duì)工件進(jìn)行噴砂表面處理。使用靜電方式進(jìn)行第一次FEP粉末噴涂；
(2)使用點(diǎn)狀激光發(fā)生器激光發(fā)射器進(jìn)行20cm高速震蕩掃描,激光器為CO2激光器,激光器功率為400W，光斑直徑4mm，沿震蕩方向的垂直方向移動(dòng)掃描兩2次使表面溫度升高至320°C，使涂層熔融；
(3)在第二次掃描后立即進(jìn)行第二次FEP粉末靜電噴涂，
(4)