带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，具体包括以下步骤：A.采用常规铸造工艺制备铝青铜防爆工具基体；B.制备涂覆在基体上的溶胶；C.在基体上涂覆溶胶，在基体表面形成涂层；D.对带有涂层的基体进行热处理，得到带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具。本发明专利技术通过在铝青铜防爆工具表面附着一层ZrO2‑TiO2耐磨涂层，涂层平整致密，大大提高了铝青铜防爆工具的耐磨性能，并且涂层的制备方法简单，可批量生产，提高了生产效率，降低了生产成本。

Preparation of Aluminum Bronze Explosion-proof Tools with Nano-wear-resistant Coatings

【技术实现步骤摘要】
带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法
本专利技术涉及防爆工具生产
，特别是一种带涂层的防爆工具的制备方法。
技术介绍
防爆工具国际统称安全工具和无火花工具，国内统称防爆工具。在国内生产、销售、流通的防爆工具以材质区分可分为两大类：1.铝铜合金(俗称铝青铜)防爆工具，具体材质是以高纯度电解铜为基体加入适量铝、镍、锰、铁等金属，组成铜基合金；2.铍青铜合金(俗称铍青铜)防爆工具，具体材质是以高纯度电解铜为基体加入适量铍、镍等金属，组成铜基合金。这两种材质的导热、导电性能都非常好，在撞击或磨擦时不发生火花，适用于在易爆、易燃、强磁及腐蚀性场合下使用。其中，铍青铜综合性能好，迄今为止一直作为防爆工具的优选材质，但是铍价格高，有毒，生产工艺复杂，因此应用受到限制；铝青铜质软，硬度低，机械性能较差，生产效率较低，因此采用铝青铜制备的防爆工具，通常硬度耐磨性能相对较差。目前为提高铝青铜防爆工具的耐磨性，通常采用两种方式：一是采用改变铸造工艺的方式，二是改变铝青铜合金的方式进行，但是这两种方式都需要费时费力，过程不易控制，且成本都较高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种铝青铜防爆工具的制备方法，以提高铝青铜防爆工具的耐磨性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，具体包括以下步骤：A.采用常规铸造工艺制备铝青铜防爆工具基体；B.制备涂覆在基体上的溶胶；C.在基体上涂覆溶胶，在基体表面形成涂层；D.对带有涂层的基体进行热处理，得到带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具。上述带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，步骤B具体包括以下内容：B1.ZrO2溶胶的配制：以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，配制ZrO2溶胶；B2.TiO2溶胶的配制：以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，冰乙酸(CH3COOH)是催化剂，配制TiO2溶胶；B3.ZrO2-TiO2溶胶的配制：将配制好的ZrO2溶胶和TiO2溶胶拿出备用，分别量取ZrO2溶胶TiO2溶胶各10ml，倒入烧杯中混合，用磁力搅拌器搅拌120min，沉化15h，得到复合的ZrO2-TiO2溶胶。上述带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，步骤B1中ZrO2溶胶的配制方法为：用天平称取氧氯化锆10g，放入烧杯中，加入无水乙醇50ml配成溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌同时将其加热到50℃，待氧氯化锆全部溶化后，滴加盐酸使溶液的pH值介于2～3之间，继续搅拌2h，最后密封陈化24h，即得淡黄色ZrO2溶胶。上述带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，步骤B2中TiO2溶胶的配制方法为：首先制备A液，用量筒量取无水乙醇35mL，放入反应瓶中，在室温下用磁力搅拌器剧烈搅拌，并在搅拌过程中加入以钛酸丁酯Ti(OC4H9)42mL，搅拌40min，制得乳白色A液；再次制备B液，将2ml冰乙酸滴入10mL去离子水中，充分搅拌40min，得到均匀透明溶液；最后制备TiO2溶胶，在搅拌A液的过程中将B液以1～2滴/秒得速度滴入A液中，继续搅拌120min，沉化12h，得到乳白色TiO2溶胶。上述带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，步骤C具体包括以下内容：C1.基体预处理C11.打磨，使用1000#砂纸将已准备好的Ф18mm×12mm铝青铜防爆工具基体打磨至表面光亮；C12.去油，将第一步打磨好的基体放入30ml丙酮溶液中，去除试样表面的油渍；C13.清洗，将去过油的基体放入40ml去离子水中，在超声波清洗器中清洗五分钟；C14.干燥，将在去离子水中拿出的基体放入30ml的无水乙醇中清洗，再用吹风机吹干备用；C2.在预处理后的基体表面制备涂层首先，将铝青铜防爆工具基体浸入到步骤B制备好的ZrO2-TiO2溶胶中，1min后缓慢均匀的将基体垂直向上拉出液面，这时在基体表面会形成一层均匀的涂层；晾干后将涂有溶胶的基体放入干燥箱中，在100℃的温度下进行干燥，干燥60min后取出带涂层的基体。上述带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，步骤D具体包括以下内容：将步骤C制得的带涂层的铝青铜防爆工具放入箱式电阻炉中，并在300℃的温度下进行热处理，保温2h，然后以随炉冷却的方式冷却得到带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具。由于采用了以上技术方案，本专利技术所取得技术进步如下。本专利技术通过在铝青铜防爆工具表面附着一层ZrO2-TiO2耐磨涂层，受ZrO2胶粒和TiO2胶粒发生的胶粒聚集效应，在铝青铜防爆工具表面形成了平整致密的纳米颗粒级耐磨涂层，大大提高了铝青铜防爆工具的耐磨性能，并且涂层的制备方法简单，可批量生产，提高了生产效率，降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术中不设置涂层的基体a表面的2DFAM图和3DFAM图；图2为本专利技术所述试样b表面的2DFAM图和3DFAM图；图3为本专利技术所述试样c表面的2DFAM图和3DFAM图；图4为本专利技术所述试样d表面的2DFAM图和3DFAM图；图5为本专利技术所述试样b表面的SEM图；图6为本专利技术所述试样c表面的SEM图；图7为本专利技术所述试样d表面的SEM图；图8为本专利技术所述试样d上所使用的ZrO2-TiO2溶胶的XRD图谱；图9为本专利技术所述试样d结合力实验前后的金相对比图。具体实施方式一种带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，是在铝青铜防爆工具基体的表面形成一层涂层，并对涂层进行处理后，提高铝青铜防爆工具的耐磨性能。具体包括以下步骤：A.采用常规铸造工艺制备铝青铜防爆工具基体。本步骤采用常规的铝青铜防爆工具原料和工艺制作即可。B.制备涂覆在基体上的溶胶。B1.ZrO2溶胶的配制：以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，配制ZrO2溶胶。用天平称取氧氯化锆10g，放入烧杯中，加入无水乙醇50ml配成溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌同时将其加热到50℃，待氧氯化锆全部溶化后，滴加盐酸使溶液的pH值介于2～3之间，继续搅拌2h，最后密封陈化24h，即得淡黄色ZrO2溶胶。B2.TiO2溶胶的配制：以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，冰乙酸(CH3COOH)是催化剂，配制TiO2溶胶。首先制备A液，用量筒量取无水乙醇35mL，放入反应瓶中，在室温下用磁力搅拌器剧烈搅拌，并在搅拌过程中加入以钛酸丁酯Ti(OC4H9)42mL，搅拌40min，制得乳白色A液；再次制备B液，将2ml冰乙酸滴入10mL去离子水中，充分搅拌40min，得到均匀透明溶液；最后制备TiO2溶胶，在搅拌A液的过程中将B液以1～2滴/秒得速度滴入A液中，继续搅拌120min，沉化12h，得到乳白色TiO2溶胶。B3.ZrO2-TiO2溶胶的配制：将配制好的ZrO2溶胶和TiO2溶胶拿出备用，分别量取ZrO2溶胶TiO2溶胶各10ml，倒入烧杯中混合，用磁力搅拌器搅拌120min，沉化15h，得到复合的ZrO2-TiO2溶胶。C.在基体上涂覆溶胶，在基体表面形成涂层。C1.基体预处理C11.打磨，使用1000#砂纸将已准备好的Ф18mm×12mm铝青铜防爆工具基体打磨至表面光亮；C12.去油，将第一步打磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A.采用常规铸造工艺制备铝青铜防爆工具基体；B.制备涂覆在基体上的溶胶；C.在基体上涂覆溶胶，在基体表面形成涂层；D.对带有涂层的基体进行热处理，得到带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具。

【技术特征摘要】
1.带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A.采用常规铸造工艺制备铝青铜防爆工具基体；B.制备涂覆在基体上的溶胶；C.在基体上涂覆溶胶，在基体表面形成涂层；D.对带有涂层的基体进行热处理，得到带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具。2.根据权利要求1所述的带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，其特征在于，步骤B具体包括以下内容：B1.ZrO2溶胶的配制：以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，配制ZrO2溶胶；B2.TiO2溶胶的配制：以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]为前驱体，无水乙醇(EtOH)为溶剂，冰乙酸(CH3COOH)是催化剂，配制TiO2溶胶；B3.ZrO2-TiO2溶胶的配制：将配制好的ZrO2溶胶和TiO2溶胶拿出备用，分别量取ZrO2溶胶TiO2溶胶各10ml，倒入烧杯中混合，用磁力搅拌器搅拌120min，沉化15h，得到复合的ZrO2-TiO2溶胶。3.根据权利要求2所述的带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，其特征在于，步骤B1中ZrO2溶胶的配制方法为：用天平称取氧氯化锆10g，放入烧杯中，加入无水乙醇50ml配成溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌同时将其加热到50℃，待氧氯化锆全部溶化后，滴加盐酸使溶液的pH值介于2～3之间，继续搅拌2h，最后密封陈化24h，即得淡黄色ZrO2溶胶。4.根据权利要求2所述的带纳米耐磨涂层的铝青铜防爆工具制备方法，其特征在于，步骤B2中TiO2溶胶的配制方法为：首先制备A液，用量筒量取无水乙醇35mL，放入反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欣，耿学志，郭兴华，
申请(专利权)人：石家庄志卫防爆工具有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13