一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层及其制备方法与流程

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1.本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层及其制备方法。

背景技术：

2.人们对公共环境卫生、家庭环境卫生也越来越重视。因此拥有抗菌功能表面的产品受到市场的大力追捧。冷喷涂增材技术拥有工艺适用面广，制备涂层厚度厚，结合力高，耐用性强的优点，成为表面处理领域的热点之一。
3.现有专利cn201911101507.5一种包含复合涂层的容器，其复合涂层由银和铜中的至少一种与陶瓷组成，由铜微粉和银微粉中的至少一种与陶瓷微粉组成的混合粉体通过冷喷涂工艺喷涂在基材的表面制备而成。本该发明的复合涂层综合了铜、银和陶瓷的综合性能，为容器提供耐磨、抗菌、保温好的特点。专利cn202111446441.0一种具备抗菌、抗病毒功能的冷喷涂含铜不锈钢涂层，铜不锈钢涂层采用304l不锈钢和纯cu粉末混合制备而成，通过控制粉体混合的速度与时间，冷喷涂的载气温度、喷涂距离、喷涂压力和送粉温度，获得具有长效抗菌、抗病毒功能的冷喷涂涂层。
4.现有的冷喷涂抗菌涂层技术，从涂层材料看，利用冷喷涂技术制备抗菌涂层的方案多利用银粉、铜粉等金属粉末作为抗菌材料，存在实际抗菌率不稳定，防霉效果差的缺点，因为银等金属粉末需要达到纳米尺寸才能快速形成游离的金属离子，进行杀菌消毒作用，而现有的冷喷涂用的原料粉体中的银、铜金属粉末都是微米级别，真正产品化后，其真实抗菌率不稳定；从冷喷涂工艺看，目前冷喷涂技术由于其工艺的特殊性，粉体的尺寸必须是微米级别的，纳米粉体不能用于冷喷涂，原因有二，第一因为其质量太小上粉率低，第二喷涂过程中纳米粉体比表面积大同样温度下比微米级颗粒更容易烧结，因此很难直接使用纳米尺寸的抗菌粉体作为原料。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层及其制备方法，通过改变冷喷涂的粉体原料成分和工艺参数，在金属基材产品上制备兼具长效稳定的耐磨、抗菌防霉涂层。
6.为了实现以上目的，本发明的技术方案之一为：一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
7.(1)制备混合粉体：将主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体按重量比混合均匀；
8.(2)制备冷喷涂涂层：将步骤(1)制得的混合粉体按照如下冷喷涂参数进行喷涂：惰性气氛，工作温度350℃-800℃，气体压力1.5mpa-3.5mpa，送粉量20-100g/min，喷涂距离 10-50mm；
9.(3)后处理：对步骤(2)制得的涂层表面进行打磨抛光得到成品。
10.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体的重量比为82-98.5:1-10:0.5-8。
11.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中主原料粉体为钛颗粒、不锈钢颗粒、铝颗粒、铜颗粒、银颗粒中的一种。
12.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中主原料粉体颗粒平均粒径为10-80μm。
13.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中耐磨成分粉体为二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、碳化硅颗粒颗粒中的一种或多种。
14.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中耐磨成分粉体为颗粒平均粒径为5-40μm。
15.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体为磷酸锆载银颗粒、硅酸盐载银颗粒、硅酸盐载锌颗粒、硅酸盐载锌银颗粒中的一种或多种。
16.磷酸锆载银颗粒载体主要为片状磷酸锆或立方体磷酸锆，硅酸盐载银颗粒、硅酸盐载锌颗粒、硅酸盐载锌银颗粒载体主要为硅酸盐，通过插层、离子交换等手段将银离子或者锌离子嵌入到载体中，在使用过程中，负载型抗菌剂所载的银离子或锌离子会游离出来杀死细菌。
17.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体颗粒平均粒径为1-30μm。
18.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中惰性气氛为氮气或氦气中的一种。
19.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中喷涂10-20遍。
20.在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中制备的涂层厚度为200-500μm。
21.为了实现以上目的，本发明的技术方案之二为：一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层的制备方法制备的涂层。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.1.本发明采用负载型的抗菌防霉粉末作为抗菌防霉材料，已商用化的这些负载型的抗菌粉末因其负载了纳米级别的银和锌，因此拥有比微米级银和锌颗粒更高效稳定的抗菌效果，而且负载型抗菌防霉粉末的尺寸是微米级别的，可用于冷喷涂工艺；
24.2.本发明使用塑性更好的金属粉末(不锈钢、钛、铜、铝、银、金等金属)和脆性负载型抗菌粉末混合粉末，在冷喷涂粉末冲击基体获得均匀涂层的同时，塑性更好的金属粉末作为脆性负载型抗菌粉末缓冲层和包裹层，提高负载型抗菌防霉粉末上粉率的同时保护脆性负载型抗菌粉末不破碎；类似“泥巴混合小石子，砸在墙上”泥巴和小石子的混合物就直接粘在墙上了，如果直接小石子直接砸墙上肯定不会粘在墙上；
25.3.本发明制备的涂层在日常使用磨损过程中，新鲜表面露出，在下层新的负载型抗菌成分也暴露出来，产品的抗菌性能又重新回到初始超强抗菌率状态，如此循环，抗菌效果一直维持在一个较高的水平；
26.4.市售很多抗菌涂层是接触型抗菌，涂层表面有一层脏污的时候，其抗菌率就会下降严重，如果擦拭或者打磨就会损坏较薄的抗菌涂层(一般涂料型的抗菌涂层只有10-50μm厚度)导致失效，本发明的冷喷涂耐磨涂层，厚度厚(大于200μm)，耐磨性好，表面有脏污擦拭打磨即可，反而会让抗菌率回到原有水平。
具体实施方式
[0027][0028]
一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
[0029]
(1)制备混合粉体：将主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体按重量比混合均匀；
[0030]
(2)制备冷喷涂涂层：将步骤(1)制得的混合粉体按照如下冷喷涂参数进行喷涂：惰性气氛，工作温度350℃-800℃，气体压力1.5mpa-3.5mpa，送粉量20-100g/min，喷涂距离 10-50mm；
[0031]
(3)后处理：对步骤(2)制得的涂层表面进行打磨抛光得到成品。
[0032]
所述步骤(1)中主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体的重量比为82-98.5:1-10:0.5-8。
[0033]
所述步骤(1)中主原料粉体为钛颗粒、不锈钢颗粒、铝颗粒、铜颗粒、银颗粒中的一种，平均粒径为10-80μm。
[0034]
所述步骤(1)中耐磨成分粉体为二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、碳化硅颗粒颗粒中的一种或多种，颗粒平均粒径为5-40μm。
[0035]
所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体为磷酸锆载银颗粒、硅酸盐载银颗粒、硅酸盐载锌颗粒、硅酸盐载锌银颗粒中的一种或多种。
[0036]
所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体颗粒平均粒径为1-30μm。
[0037]
所述步骤(2)中惰性气氛为氮气或氦气中的一种。
[0038]
所述步骤(2)中喷涂10-20遍。
[0039]
所述步骤(2)中制备的涂层厚度为200-500μm。
[0040]
一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层的制备方法制备的涂层。
[0041]
以下实施例中用到的硅酸盐载锌颗粒、硅酸盐载银颗粒、硅酸盐载锌银颗粒、磷酸锆载银颗粒均为市售。
[0042]
实施例1：
[0043]
粉体原料由平均粒径为50μm的钛颗粒、平均粒径为20μm的二氧化钛颗粒、平均粒径为10μm的硅酸盐载锌颗粒，按86:6:8的重量比机械混合均匀，按工作气体为氮气，工作气体温度450℃，气压2mpa，送粉量25g/min，喷涂距离25mm的冷喷涂参数使用冷喷涂设备在不锈钢水槽内壁进行冷喷涂，喷涂15遍后得到平均厚度为200μm的耐磨抗菌涂层，经过打磨抛光形成成品，使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为500gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢水槽表面结合力达45mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率76％，对金黄葡萄球菌抗菌率70％，对黑曲霉耐霉菌等级达0级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级；对样品进行 65℃水煮100h后对大肠杆菌抗菌率76％，对金黄葡萄球菌抗菌率70％，对黑曲霉耐霉菌等级达0级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级；用钢丝球对表面进行负载1kg摩擦1万次后，对大肠杆菌抗菌率76％，对金黄葡萄球菌抗菌率70％，对黑曲霉耐霉菌等级达0级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级。
[0044]
实施例2：
[0045]
粉体原料由平均粒径为60μm的不锈钢颗粒、平均粒径为30μm的碳化硅颗粒、平均粒径为20μm的硅酸盐载银颗粒，按92:3:5的重量比机械混合均匀，按工作气体为氩气，工作
气体温度600℃，气压2.5mpa，送粉量40g/min，喷涂距离30mm的冷喷涂参数使用冷喷涂设备在不锈钢拉手进行冷喷涂，喷涂20遍后得到平均厚度为300μm的耐磨抗菌涂层，经过打磨抛光形成成品。使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为750gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢拉手表面结合力达48mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达2级，对黄曲霉耐霉菌等级达2级；对样品进行65℃水煮100h后再测其抗菌对大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞ 99％，对黑曲霉耐霉菌等级达2级，对黄曲霉耐霉菌等级达2级；用钢丝球对表面进行负载 1kg摩擦1万次后，大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达2级，对黄曲霉耐霉菌等级达2级。
[0046]
实施例3：
[0047]
粉体原料由平均粒径为40μm的铝颗粒、平均粒径为20μm的二氧化钛颗粒，平均粒径为10μm的硅酸盐载锌、磷酸锆载银颗粒，按87:3:3:7的重量比机械混合均匀，按工作气体为氮气，工作气体温度350℃，气压1.8mpa，送粉量35g/min，喷涂距离20mm的冷喷涂参数使用冷喷涂设备在铜合金挂件进行冷喷涂，喷涂12遍后得到平均厚度为250μm的耐磨抗菌涂层，经过打磨抛光形成成品。使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为220gu (60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢浴室门框表面结合力达42mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率＞ 99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级；对样品进行65℃水煮100h后再测其抗菌对大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级；用钢丝球对表面进行负载1kg摩擦1万次后，大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级。
[0048]
实施例4：
[0049]
粉体原料由平均粒径为30μm的银颗粒、平均粒径为30μm的氧化铝颗粒、平均粒径为20μm的硅酸盐载锌银颗粒，按90:2:8的重量比机械混合均匀，按工作气体为氩气，工作气体温度400℃，气压2mpa，送粉量40g/min，喷涂距离15mm的冷喷涂参数使用冷喷涂设备在不锈钢拉手进行冷喷涂，喷涂12遍后得到平均厚度为300μm的耐磨抗菌涂层，经过打磨抛光形成成品。使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为340gu(60
°
)。根据 atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢浴室门框表面结合力达40mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级；对样品进行65℃水煮100h后再测其抗菌对大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞ 99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级；用钢丝球对表面进行负载 1kg摩擦1万次后，大肠杆菌抗菌率＞99％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞99％，对黑曲霉耐霉菌等级达1级，对黄曲霉耐霉菌等级达1级。
[0050]
实施例5：
[0051]
粉体原料由平均粒径为50μm的铜颗粒、平均粒径为30μm的氧化铝颗粒、平均粒径为20μm的硅酸盐载锌银颗粒，按90:2:8的重量比机械混合均匀，按工作气体为氩气，工作气
体温度350℃，气压3mpa，送粉量40g/min，喷涂距离15mm的冷喷涂参数使用冷喷涂设备在锌合金把手上进行冷喷涂，喷涂16遍后得到平均厚度为400μm的耐磨抗菌涂层，经过打磨抛光形成成品。使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为400gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对锌合金把手表面结合力达40mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率94％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞92％，对黑曲霉耐霉菌等级达0级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级；对样品进行65℃水煮100h后再测其抗菌对大肠杆菌抗菌率95％，对金黄葡萄球菌抗菌率92％，对黑曲霉耐霉菌等级达0级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级；用钢丝球对表面进行负载1kg摩擦 1万次后，大肠杆菌抗菌率94％，对金黄葡萄球菌抗菌率92％，对黑曲霉耐霉菌等级达0 级，对黄曲霉耐霉菌等级达0级。
[0052]
对比例1：
[0053]
粉体原料由平均粒径为50μm的钛颗粒、均粒径为20μm的二氧化钛颗粒，按94:6的重量比机械混合均匀，工艺参数与实施例1一致，得到200μm的耐磨涂层，经过打磨抛光形成成品。使用美能达mg-268光泽度仪测得光泽度为560gu(60
°
)根据atsm d4541 标准，经测试，涂层对不锈钢浴室门框表面结合力达40mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率65％，对金黄葡萄球菌抗菌率＞53％，对黑曲霉耐霉菌等级达3级，对黄曲霉耐霉菌等级达3级。
[0054]
对比例2：
[0055]
粉体原料由平均粒径为60μm的不锈钢颗粒、平均粒径为30μm的碳化硅颗粒，按97:3 的重量比机械混合均匀，工艺参数与实施例2一致，得到300μm的耐磨涂层。使用美能达 mg-268光泽度仪测得光泽度为790gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢拉手表面结合力达48mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率56％，对金黄葡萄球菌抗菌率50％，对黑曲霉耐霉菌等级达3级，对黄曲霉耐霉菌等级达3级。
[0056]
对比例3：
[0057]
粉体原料由平均粒径为40μm的铝颗粒、平均粒径为20μm的二氧化钛颗粒，按97:3 的重量比机械混合均匀，工艺参数与实施例3一致，得到250μm的耐磨涂层。使用美能达 mg-268光泽度仪测得光泽度为250gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢浴室门框表面结合力达42mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率21％，对金黄葡萄球菌抗菌率13％，对黑曲霉耐霉菌等级达4级，对黄曲霉耐霉菌等级达4级。
[0058]
对比例4：
[0059]
粉体原料由平均粒径为30μm的银颗粒、平均粒径为30μm的氧化铝颗粒，按98:2的重量比机械混合均匀，工艺参数与实施例4一致，得到300μm的耐磨涂层。使用美能达 mg-268光泽度仪测得光泽度为360gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对不锈钢浴室门框表面结合力达40mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率90％，对金黄葡萄球菌抗菌率86％，对黑曲霉耐霉菌等级达3级，对黄曲霉耐霉菌等级达3级。
[0060]
对比例5：
[0061]
粉体原料由平均粒径为50μm的铜颗粒、平均粒径为30μm的氧化铝颗粒，按95:5的重量比机械混合均匀，工艺参数与实施例5一致，得到400μm的耐磨涂层。使用美能达 mg-268光泽度仪测得光泽度为430gu(60
°
)。根据atsm d4541标准，经测试，涂层对锌合金把手表面结合力达40mpa，抗菌性能和防霉性能按gb/t 21510-2008、gb/t 1741-2020进行测试，对大肠杆菌抗菌率87％，对金黄葡萄球菌抗菌率80％，对黑曲霉耐霉菌等级达3级，对黄曲霉耐霉菌等级达3级。
[0062]
表1为实施例1-5和对比例1-5的涂层原料组分、配比及制得涂层的厚度、抗菌率和防霉等级，对比实施例和对比例据可以明显看出，有负载型抗菌防霉成分粉体的样品抗菌和防霉性能更优。
[0063]
表1涂层原料组分、配比及制得涂层的厚度、抗菌率和防霉等级
[0064][0065]
上述实施例仅是本发明的优化实施方法，用以示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。应当指出，对于任何熟习此项技艺的人士在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改，这些修改也应视为本发明的保护范畴。

技术特征：

1.一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备混合粉体：将主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体按重量比混合均匀；(2)制备冷喷涂涂层：将步骤(1)制得的混合粉体按照如下冷喷涂参数进行喷涂：惰性气氛，工作温度350-800℃，气体压力1.5-3.5mpa，送粉量20-100g/min，喷涂距离10-50mm；(3)后处理：对步骤(2)制得的涂层表面进行打磨抛光得到成品。2.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体的重量比为82-98.5:1-10:0.5-8。3.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中主原料粉体为钛颗粒、不锈钢颗粒、铝颗粒、铜颗粒、银颗粒中的一种，颗粒平均粒径为10-80μm。4.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中耐磨成分粉体为二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、碳化硅颗粒颗粒中的一种或多种，颗粒平均粒径为5-40μm。5.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体为磷酸锆载银颗粒、硅酸盐载银颗粒、硅酸盐载锌颗粒、硅酸盐载锌银颗粒中的一种或多种。6.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中负载型的抗菌和防霉成分粉体颗粒平均粒径为1-30μm。7.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中惰性气氛为氮气或氦气中的一种。8.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中喷涂10-20遍。9.如权利要求1所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中制备的涂层厚度为200-500μm。10.一种如权利要求1-9任一项所述的涂层的制备方法制得的涂层。

技术总结

本发明公开了一种耐磨防霉抗菌冷喷涂增材涂层及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：将主原料粉体、耐磨成分粉体、负载型的抗菌和防霉成分粉体按重量比混合均匀；将上述混合粉体按照如下冷喷涂参数进行喷涂：惰性气氛，工作温度350℃-800℃，气体压力1.5MPa-3.5MPa，送粉量20-100g/min，喷涂距离10-50mm；对涂层表面进行打磨抛光得到成品。本发明的冷喷涂耐磨涂层，厚度厚，耐磨性好，表面有脏污擦拭打磨即可让抗菌率回到原有水平。拭打磨即可让抗菌率回到原有水平。