專利名稱：：形成具有高硬度的無機涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種形成高硬度無機涂層的方法，該方法能夠在室溫下在金屬或有色金屬基質(zhì)的表面上提供一種具有抗磨性、化學耐性、耐沾污性的高硬度、不燃性的涂層。
背景技術(shù)：
：通常，常規(guī)的涂覆過程包括基質(zhì)的砂磨、將基質(zhì)預(yù)熱至40-60匸、金屬或有色金屬基質(zhì)表面的上釉和氟化物涂覆，以及在4001C-8501C的高溫下進行的涂層熱風干過程。因此，常規(guī)涂覆方法的劣勢在于高加工溫度和較大的能量消耗以及高生產(chǎn)成本負擔。此外，由于涂層中含有有機材料，并且所述金屬或有色金屬表面由疏水性材料制成，因此當所述金屬或有色金屬表面被各種污染物沾污時，這類污染物不易被除去，從而應(yīng)使用有機溶劑或類似物進行清除。而用于清除污染物而使用的有機溶劑可能對環(huán)境造成二次污染。此外，有機涂層還會產(chǎn)生多種問題，例如在涂覆時會釋放危害環(huán)境的物質(zhì)，在著火時會產(chǎn)生威脅生命的有毒氣體，它也是造成環(huán)境污染的一個主要原因。因此，需要開發(fā)一種成本低廉且環(huán)境友好的涂覆方法。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題因此，為解決上述問題而作出本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種形成高硬度無機涂層的方法，該方法在金屬和有色金屬基質(zhì)兩者上都能夠應(yīng)用，并且能夠簡單實現(xiàn)一種在室溫下進行而無需預(yù)熱步驟的涂覆工藝，所述方法包括于2701C士201C的溫度下由高強度無機涂覆物質(zhì)在基質(zhì)表面上形成涂層以及對其進行熱風干；由于使用的材料不可燃，即使在著火時也沒有產(chǎn)生有毒氣體的危險，并因此所用的材料作為環(huán)境友好材料是極好的。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可通過提供一種形成高硬度無機涂層的方法實現(xiàn)上述和其它目的，所述方法包括下述步驟對基質(zhì)表面進行超聲清潔；制備高硬度無機涂覆組合物；使用該高硬度無機涂覆組合物在基質(zhì)表面形成涂層，其中所述涂層具有高硬度；所述高硬度涂層的自然風干；以及所述高硬度涂層的熱風干。所述超聲清潔步驟可以28至48kHz的超聲頻率進行。所述組合物制備步驟可包括以150至400rpm的速度分散高硬度無機涂覆物質(zhì)，并且以100至300rpm的速度攪拌該分散的混合物以除去氣泡(消泡步驟)。在形成涂層的步驟中，可以選自下列方法的任何方法形成涂層靜電噴涂、浸漬、超聲涂覆、真空沉積以及在氮氣氣氛下的涂層形成。在形成涂層的步驟中，所述高硬度無機涂層的厚度可為1至35口。所述形成高硬度涂層的步驟可以重復進行兩次或更多次。所述自然風干的步驟可在20至30"C的溫度下進行10分鐘或更長時間。所述熱風干步驟可在270X:±20匸的溫度下進行。所述熱風干步驟可在溫度上升速度為4-6C/分鐘的條件下進行。二次干燥(secondarydrying)步驟可在溫度下降速度為4-6C/分鐘的條件下進行。所述基質(zhì)可選自金屬、有色金屬、無機非金屬材料、石料和瓦料。在所述超聲清潔步驟中使用的清潔劑可為含有無機鹽的水溶性清潔劑。所述形成涂層的方法還可包括浸漬和蒸汽清潔步驟，以除去存在于基質(zhì)表面的含油物。所述高硬度無機涂覆組合物可包括硅酸鹽或改性硅酸鹽化合物的熔融的?；衔镔|(zhì)(vitreousfritmaterial)以及顆粒狀二氧化硅。所述高硬度無機涂覆組合物還可包括至少一種選自金屬的氧化物、氫氧化物和磷酸鹽的物質(zhì)。有益效果如下文所示，根據(jù)本發(fā)明能夠形成這樣一種無機涂層，該涂層能夠簡便地在室溫下涂覆；并且其由于干燥溫度較低與隨之引起的能耗較低而成本低廉；而且其由于不產(chǎn)生有毒氣體而對環(huán)境友好。具體實施例方式可用于本發(fā)明的基質(zhì)的實例可包括金屬和有色金屬材料，以及各種在熱風干溫度下保持基質(zhì)不變形和不降解的其它材料，例如無機非金屬材料、石料和瓦料。本發(fā)明提供了一種形成高硬度無機涂層的方法，其包括對基質(zhì)表面進行超聲清潔，制備高硬度無機涂覆組合物，使用該高硬度無機涂覆組合物涂覆基質(zhì)表面以形成高硬度涂層，對所述高硬度涂層進行自然風干，以及對所述高硬度涂層進行熱風干。所述超聲清潔步驟以如下方式進行將所述基質(zhì)浸在盛有水溶性清潔劑的超聲槽中，生成超聲波以充分清潔基質(zhì)表面，包括其細小的部分。優(yōu)選地，所述超聲清潔可以28至48kHz的頻率進行。所述超聲清潔可使用含有無機鹽的水溶性清潔劑進行。通過使用含有無機鹽的水溶性清潔劑，可增強其與在該基質(zhì)表面上形成的無機涂層的粘附，同時增強其與高硬度涂層形成物的粘附。本發(fā)明的方法還可包括在超聲清潔步驟之前進行的用以除去含油物和雜質(zhì)的浸漬和蒸汽清潔步驟。當存在雜質(zhì)時可以實施上述附加步驟，雖然在基質(zhì)表面是清潔的(也就是沒有雜質(zhì))時上述附加步驟就不是必要的了。實施浸漬和蒸汽清潔是為了除去各種含油物，例如粘附于基質(zhì)表面的礦物合成油。例如，將基質(zhì)置于槽中，然后浸漬并在溶劑中清洗?；蛘?，將溶劑蒸發(fā)，使所得的蒸汽冷凝并使其流過基質(zhì)表面。通過這種方式，含油物和雜質(zhì)會被流動的冷凝水完全清除。使用冷凝蒸汽的清潔可以縮短生產(chǎn)時間，因為基質(zhì)被從槽中取出時會立即干燥，可進行下一步驟而不需要單獨的干燥步驟。高硬度無機涂覆物質(zhì)的制備步驟是用于將高硬度無機涂覆物質(zhì)涂覆于基質(zhì)表面的步驟，包括攪拌高硬度無機涂覆物質(zhì)，然后消泡。所述高硬度無機涂覆物質(zhì)可包括硅酸鹽或改性硅酸鹽玻璃料，無機填料，含有顆粒狀二氧化硅的材料，含有多價金屬氧化物、氫氧化6物或磷酸鹽的材料，非離子性表面活性劑，氧化鋁，分散劑以及其它添加劑。這類高硬度無機涂覆物質(zhì)具有高硬度、抗菌活性、防水性、化學耐性和不燃性，并可有效形成與基質(zhì)超強粘附的涂層。根據(jù)本發(fā)明的制備高硬度無機涂覆物質(zhì)的步驟包括所述高硬度無機涂覆物質(zhì)的攪拌和消泡。所述攪拌的速度優(yōu)選地為150至400rpm。如果攪拌速度低于150rpm，可能會使得所述組合物不能充分混合。但是，攪拌速度超過400rpm并不會使攪拌效果出現(xiàn)明顯差異。因此，攪拌速度被設(shè)置為上述范圍150至400rpm內(nèi)。此后，實施形成涂層的步驟，該步驟包括在已預(yù)先清潔的基質(zhì)表面上涂覆按上述方式制備的高硬度無機涂覆物質(zhì)。出于上述目的，所述高硬度無機涂覆物質(zhì)被噴涂至基質(zhì)表面上，由此形成高硬度無機涂層?；蛘撸赏ㄟ^使用各種方法進行所述高硬度無機涂覆物質(zhì)的涂覆，所述各種方法例如靜電噴涂、浸漬、超聲涂覆、真空沉積、使用氮氣的涂覆方法等等。所形成的高硬度無機涂層的厚度為1至35口。如果涂層的厚度低于l口，所述高硬度無機涂層的硬度會顯著降低。另一方面，如果涂層的厚度高于35口，透光率會降低，因此就不能獲得高硬度無機涂層的所需特性。在本發(fā)明中，所述在基質(zhì)表面形成涂層的步驟可以重復進行兩次或更多次。在這種情況下，形成第一涂層并將其自然風干，然后在其上形成第二涂層。當重復幾次涂覆時，可形成具有所需厚度、致密涂覆和高表面平滑度的涂層，但是可能由于在之前步驟中干燥不完全而在加熱步驟中產(chǎn)生涂層破裂的風險。當向本發(fā)明所使用的涂覆物質(zhì)中加入顆粒狀二氧化硅或無定形二氧化硅時，所述二氧化硅組分在室溫下、硅酸鹽或改性硅酸鹽溶液中完全分散，從而中和整個涂覆物質(zhì)溶液。此外，在通過干燥過程形成涂層時，二氧化硅顆粒會在干燥和脫水過程中遷移并固定在涂層表面，從而使得堿金屬組分被固定在二氧化硅的規(guī)則四面體結(jié)構(gòu)中，由此防止堿金屬組分釋放到涂層表面。這樣一來，所形成的高硬度無機涂層的涂層表面就不會出現(xiàn)由于堿金屬釋放而發(fā)生的涂層脫色，并且還具有很好的防水性。所述高硬度無機涂層的干燥步驟分為自然風干和熱風干步驟。自然風干步驟主要是為了除去涂層中的水分，可在20-30lC的溫度下進行io分鐘或更長時間。如果干燥溫度低于iox:，可能導致干燥時間的延長以及水分的不充分除去，這會對涂層的粘附和硬度產(chǎn)生不利的影響。另一方面，如果干燥溫度高于30t:，可能會由于溫度的快速升高而使涂層變形，并使得涂層在熱風干步驟期間破裂。熱風干步驟在270°C士201C的溫度下進行，是為了使所述高硬度無機涂層完全干燥。為實現(xiàn)本發(fā)明的這一目的，將經(jīng)過自然風干步驟的基質(zhì)放入干燥箱。然后，將干燥箱內(nèi)的最高溫度升高至270*C±20。C的范圍內(nèi)，然后進行基質(zhì)的干燥。如果最高溫度低于250n,可能導致干燥不完全和涂層的物理性質(zhì)較差。另一方面，如果最高溫度高于290X:,可能導致涂層的破裂和膨脹，這也會損害所述高硬度無機涂層的物理性質(zhì)。在本發(fā)明中，干燥烘箱的內(nèi)部溫度升高的溫度增量十分重要。以4-6匸/分鐘的速度升高干燥烘箱中的溫度是合理的。如果溫度的升高速度低于4。C/分鐘，可能導致干燥時間過長，從而加重經(jīng)濟負擔。另一方面，如果溫度的升高速度高于6C/分鐘，可能會由于溫度升高過快而使涂層的物理性質(zhì)惡化并導致涂層的破裂和膨脹。此外，根據(jù)本發(fā)明，當需要使烘箱中的溫度從最高溫度下降時，應(yīng)該使溫度緩慢地降低。也就是說，如果烘箱溫度如上所述地快速降低，可能導致涂層的物理性質(zhì)較差、涂層發(fā)生破裂并對涂層的粘附產(chǎn)生不良影響。本發(fā)明的實施方式實施例現(xiàn)參照下述實施例更詳細地描述本發(fā)明。提供下述實施例的目的僅是為了說明本發(fā)明，而不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。實施例1首先，通過清潔過程完全除去存在于金屬或有色金屬基質(zhì)表面上的雜質(zhì)和含油物。然后制備高硬度無機涂覆物質(zhì)。接著，將上述制備的高硬度無機涂覆物質(zhì)涂覆于所述金屬或有色金屬基質(zhì)表面上。為此，在基質(zhì)表面上形成一個厚度為約3口的涂層，然后在室溫下自然風干20分鐘。接著，將所得的涂層置于遠紅外干燥烘箱中，然后使其以4-6x:/分鐘的速度升高溫度直至290x:的最高溫度，此后以相同的速度緩慢冷卻。實施例2首先，通過清潔過程完全除去存在于金屬或有色金屬基質(zhì)表面上的雜質(zhì)和含油物。然后制備高硬度無機涂覆物質(zhì)。接著，將上述制備的高硬度無機涂覆物質(zhì)涂覆于所述金屬或有色金屬基質(zhì)表面上。為此，在基質(zhì)表面上形成一個厚度為約3口的第一涂層，隨后在室溫下自然風干20分鐘。接著，在該涂層上形成一個厚度為約3口的第二涂層，隨后自然風干。這一過程共重復進行四次，從而形成一個厚度為約12口的涂層。然后再在室溫下自然風干20分鐘。此后，將所得的涂層置于遠紅外干燥烘箱中，然后使其以41C/分鐘的速度升高溫度直至290x:的最高溫度，此后再以相同的速度緩慢冷卻。比較實施例1未涂覆的實施例1中的基質(zhì)。比較實施例2在實施例1中的基質(zhì)上形成常規(guī)氟樹脂的涂層。以上述方式，使用高硬度無機涂覆物質(zhì)形成了一個高硬度無機涂層。涂層的測試結(jié)果示于下表1中。表l_<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>產(chǎn)業(yè)實用性本發(fā)明能形成這樣一種無機涂層，其可在室溫下被簡便地涂覆，由于干燥溫度較低與隨之引起的能耗較低而成本低廉，并且由于不釋放有毒氣體而對環(huán)境友好。權(quán)利要求1.一種形成高硬度無機涂層的方法，包括下述步驟基質(zhì)表面的超聲清潔；制備高硬度無機涂覆組合物；使用所述高硬度無機涂覆組合物在所述基質(zhì)表面形成涂層，其中所述涂層具有高硬度；自然風干所述高硬度涂層；和熱風干所述高硬度涂層。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述超聲清潔步驟以28至48kHz的超聲頻率進行。3.權(quán)利要求1的方法，其中所述制備組合物的步驟包括以150至400rpm的速度分散高硬度無機涂覆物質(zhì)，和以100至300rpm的速度攪拌該分散的混合物以除去氣泡。4.權(quán)利要求l的方法，其中在所述形成涂層的步驟中，通過選自下列方法的任何方法形成涂層靜電噴涂、浸漬、超聲涂覆、真空沉積以及在氮氣氣氛下的涂層形成。5.權(quán)利要求l的方法，其中在所述形成涂層的步驟中，所述高硬度無機涂層的厚度為1至35口。6.權(quán)利要求1的方法，其中所述形成高硬度涂層的步驟重復進行兩次或更多次。7.權(quán)利要求1的方法，其中所述自然風干的步驟在20至30匸的溫度下進行10分鐘或更長時間。8.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱風干步驟在2701C士201C的溫度下進行。9.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱風干步驟在溫度上升速度為4-6*€/分鐘的條件下進行。10.權(quán)利要求1的方法，其中所述二次干燥步驟在溫度下降速度為4-6C/分鐘的條件下進行。11.權(quán)利要求l的方法，其中所述基質(zhì)選自金屬、有色金屬、無機非金屬材料、石料和瓦料。12.權(quán)利要求l的方法，其中在所述超聲清潔步驟中使用的清潔劑為含有無機鹽的水溶性清潔劑。13.權(quán)利要求l的方法，還包括浸漬和蒸汽清潔步驟，以除去存在于基質(zhì)表面上的含油物。14.權(quán)利要求l的方法，其中所述高硬度無機涂覆組合物包括硅酸鹽或改性硅酸鹽化合物的熔融的?；衔镔|(zhì)以及顆粒狀二氧化硅。15.權(quán)利要求14的方法，其中所述高硬度無機涂覆組合物還包括至少一種選自金屬的氧化物、氬氧化物和磷酸鹽的物質(zhì)。全文摘要本發(fā)明提供了一種形成高硬度無機涂層的方法，該方法能夠在室溫下在金屬或有色金屬基質(zhì)的表面上提供一種具有抗磨性、化學耐性、耐沾污性的高硬度、不燃性的涂層。所述方法包括清潔基質(zhì)表面以除去雜質(zhì)；對基質(zhì)表面進行超聲清潔；制備高硬度無機涂覆組合物；使用該高硬度無機涂覆組合物涂覆所述基質(zhì)表面以形成高硬度涂層，干燥所述高硬度涂層；250-270℃下加熱所述基質(zhì)以固化所述高硬度涂層。文檔編號B05D1/02GK101553320SQ200780043769公開日2009年10月7日申請日期2007年11月28日優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日發(fā)明者宋禹昌,李柾勳,李禹宰申請人:威爾徹精密技術(shù)株式會社