阅读说明：本技术 一种树脂基复材用导电耐磨涂层及其制备方法 (Conductive wear-resistant coating for resin-based composite material and preparation method thereof ) 是由 米鹏博 田歌 宋磊磊 魏成霖 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种树脂基复材用导电耐磨涂层及其制备方法,所述的树脂基复材用导电耐磨涂层包括喷涂于复材表面的织构涂层,所述的织构涂层上设有若干的沟槽,所述的沟槽内喷涂有金属粉末。本发明所述的树脂基复材用导电耐磨涂层通过对涂层的结构设计,树脂基复材可具备良好的电导通性能以及耐磨性,并且具有制备工艺简单,成本低的优势。(The invention provides a conductive wear-resistant coating for a resin-based composite material and a preparation method thereof. According to the conductive wear-resistant coating for the resin-based composite material, the resin-based composite material has good electrical conductivity and wear resistance through the structural design of the coating, and has the advantages of simple preparation process and low cost.)

一种树脂基复材用导电耐磨涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于表面防护领域，尤其是涉及一种树脂基复材用导电耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

树脂基复合材料由于其轻质、高强、耐腐蚀、低成本以及可设计性强等特性，被广泛应用于航空航天领域。应用于飞机尖端部位的树脂基复合材料在高速气流的冲击下表面会产生静电，导致雷电闪击，致使复材产生深度分层或被严重烧蚀。因此需要对应用于飞机尖端部位的树脂基复合材料采取防雷击措施，利用导电物质使其与飞机金属基体相连，释放表面的雷击电荷。目前飞机上应用的树脂基复合材料主要为碳纤维复合材料，虽然碳纤维具有良好的电导通性能，但是在与树脂基体复合成型的过程中，树脂基体会将增强碳纤维包裹在内部，导致复合材料表面的电导通性能变差。为了实现树脂基复合材料的防雷电要求，需要提高树脂基复合材料表面电导通性能。

此外，树脂基复合材料表面耐磨性较差，已不能满足未来发展需求。表面涂层技术的出现使得金属材料在耐磨性能方面得到极大的提升，并取得了巨大的经济效益。探索喷涂防护技术在树脂基复合材料上的应用，提高其耐磨性将会是提高树脂基复合材料应用能力的很好的解决途径。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种树脂基复材用导电耐磨涂层及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

进一步，所述的织构涂层的厚度为250-350μm；所述的织构涂层的材质为WC-17Co或NiCr-Cr₃C₂、TiCN、TiN或AT40中的一种。

进一步，所述的金属粉末为铝粉、铜粉或银粉中的至少一种。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)基体表面粗化处理：对复材的表面进行喷砂，然后对复材表面进行清理、清洗、烘干；

(2)织构涂层制备：在烘干后的复材表面覆盖金属网，将硬质耐磨粉末喷涂在覆盖有金属网的复材上，喷涂后将金属网去除，形成沟槽，得到织构涂层；

(3)金属层制备：将金属粉末喷涂在所述的织构涂层上，直至将所述的沟槽填满，得到金属层；

(4)涂层后处理：将所述的金属层表面进行打磨，直至露出所述的织构涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

进一步，所述的步骤(1)中的喷砂步骤采用喷砂设备，喷砂设备的喷砂压力为0.25-0.35Mpa，喷砂距离为100-150mm，喷砂角度为45-90度；所述的喷砂步骤的砂粒选择棕刚玉，砂粒的粒度为 300-400μm。

进一步，所述的步骤(1)中的清理步骤采用压缩空气清理复材表面的浮尘；所述的步骤(1)中的清洗步骤采用超声波进行清洗。

进一步，所述的步骤(2)中的金属网的形状为多边形；所述的金属网的金属丝直径为1.0-2.0mm。

进一步，所述的步骤(2)中的硬质耐磨粉末为WC-17Co或 NiCr-Cr₃C₂；所述的步骤(2)中的喷涂步骤采用超音速火焰喷涂，燃气(C₂H₂)流量为20-26L/min，氧气流量为200-230L/min，喷涂距离为150-300mm；所述的织构涂层的厚度为250-350μm。

进一步，所述的步骤(3)中的金属粉末为铝粉、铜粉或银粉中的至少一种；所述的步骤(3)中的喷涂步骤采用超音速火焰喷涂，燃气(C₂H₂)流量为20-26L/min，氧气流量为200-230L/min，喷涂距离为150-300mm；所述的织构涂层的厚度为250-350μm。

所述的喷涂步骤采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止喷涂，当温度小于50℃后继续喷涂。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的树脂基复材用导电耐磨涂层通过对涂层的结构设计，树脂基复材可具备良好的电导通性能以及耐磨性，并且具有制备工艺简单，成本低的优势。

本发明所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法通过热喷涂技术在树脂基复材表面制备硬质织构涂层，形成沟槽结构，然后将导电金属喷涂在织构涂层表面，金属将沟槽填满，最后将硬质织构涂层表面以上金属磨掉，从而在树脂基复材表面形成导电耐磨涂层；硬质织构涂层实现耐磨性能，填充于沟槽的金属实现电导通性能；其耐磨性，主要由织构涂层材料决定，涂层材料的硬度越大，摩擦系数越小，其耐磨性越好；其电导通性能主要取决于填充沟槽的金属导电性。

附图说明

图1为本发明实施例所述的导电耐磨涂层的实物图；

图2为本发明实施例所述的导电耐磨涂层的实物的截面图；

图3为本发明实施例所述的导电耐磨涂层的示意图。

附图标记说明：

1、复材；2、织构涂层；3、金属层；4、沟槽。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为300μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.0mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为250μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铜粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

实施例2

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.355MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为350μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 90°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.5mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰NiCr-Cr₃C₂喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为300μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为24L/min，氧气流量为230L/min，喷涂距离为270mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铝粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为240mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

实施例3

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为400μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.0mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为250μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铜粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

所述的导电耐磨涂层性能如表1所示。

实施例4

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为300μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为菱形，金属丝直径为1.0mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为250μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铜粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

所述的导电耐磨涂层性能如表1所示。

实施例5

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为300μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.5mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为250μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铜粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

所述的导电耐磨涂层性能如表1所示。

实施例6

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为300μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.0mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为300μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉铜粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

所述的导电耐磨涂层性能如表1所示。

实施例7

一种树脂基复材用导电耐磨涂层，包括喷涂于复材表面的织构涂层，所述的织构涂层上设有若干的沟槽，所述的沟槽内喷涂有金属粉末。

所述的树脂基复材用导电耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：在玻纤增强环氧树脂复合材料表面喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，砂粒选择棕刚玉，粒度为300μm。喷砂距离为100mm，喷砂角度为 60°，喷砂时间为8s，喷砂后用压缩空气清理表面浮尘，并超声波清洗表面，之后用吹风机烘干；

在复材表面覆盖一层金属网，金属网的形状为正方形，金属丝直径为1.0mm，然后采用超音速火焰喷涂技术将双峰WC-17Co喷涂在覆盖有金属网的基体上，涂层厚度为250μm，喷涂完成后将金属网去除；超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为210L/min，喷涂距离为250mm；喷涂过程中采用压缩空气对基体降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

采用超音速火焰喷涂技术将金属粉银粉喷涂在复材上，直至沟槽填满为止，超音速火焰喷涂工艺参数为：燃气(C₂H₂)流量为20L/min，氧气流量为200L/min，喷涂距离为270mm；喷涂采用压缩空气对复材降温，并对复材温度进行实时监测，当复材温度大于90℃后，立即停止，待温度小于50℃后继续喷涂。

将喷涂完的涂层表面进行打磨，直至露出WC-17Co涂层，即得树脂基复材用导电耐磨涂层。

将实施例1-7得到的导电耐磨涂层进行检测，结果如表1所示(对照组为常用的树脂基复材表面制备金属涂层材料性能)。

表1检测结果

项目	硬度	摩擦系数	磨损率	电阻率
					实施例1	1320HV0.1	0.57	5.2×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.8×10<sup>-5</sup>Ω·cm
实施例2	1200HV0.1	0.64	6.5×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	2.7×10<sup>-5</sup>Ω·cm
					实施例3	1290HV0.1	0.58	5.3×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.9×10<sup>-5</sup>Ω·cm
实施例4	1300HV0.1	0.55	5.4×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.8×10<sup>-5</sup>Ω·cm
					实施例5	1310HV0.1	0.56	5.3×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.9×10<sup>-5</sup>Ω·cm
实施例6	1320HV0.1	0.57	5.2×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.9×10<sup>-5</sup>Ω·cm
					实施例7	1318HV0.1	0.51	5.1×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.6×10<sup>-5</sup>Ω·cm
对照组	230HV0.1	0.74	8.9×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>·N<sup>-1</sup>·m<sup>-1</sup>	1.9×10<sup>-5</sup>Ω·cm

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。