本發(fā)明涉及熨斗底板技術領域，尤其涉及一種抗磨損結合力強熨斗底板及制備方法。
背景技術：
目前市售的熨斗底板多在金屬基材表面噴涂涂覆層，以提高熨燙表面的耐磨性能，延長使用時間，在使用過程中保證對衣物的養(yǎng)護。陶瓷材料因具有良好的導熱性能和耐腐蝕性，常被用來涂覆在金屬基材表面作為熨燙表面，但是由于陶瓷和金屬性質差異較大，金屬基材相對較軟，特別是鋁制底板，陶瓷材料多為脆性材質，兩者在結合常常會出現(xiàn)結合力差，容易脫落的缺點。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種抗磨損結合力強熨斗底板及制備方法，包括金屬基體和復合陶瓷層，本發(fā)明提高了陶瓷膜層致密性及與金屬基體的結合力，具有結合力強、抗磨損的優(yōu)點，工藝簡單，且環(huán)保無污染。
本發(fā)明提出的一種抗磨損結合力強熨斗底板，其特征在于，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 15～25％，Cu 0.5～1.5％,Mn 0.1～0.7％，Sc 0.2～0.5％，Zn 0.05～0.3％，Si 0.1～0.5％，Ni 0.03～0.15％，余量為Al和不可避免的雜質；其中，Sn和Cu的重量比為17-23：0.5～1.2；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫。
優(yōu)選地，Sn在金屬基體中的重量百分比為15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25％；Cu在金屬基體中的重量百分比為0.50.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％；Mn在金屬基體中的重量百分比為0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％；Sc在金屬基體中的重量百分比為0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％；Zn在金屬基體中的重量百分比為0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％；Si在金屬基體中的重量百分比為0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％；Ni在金屬基體中的重量百分比為0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％。
優(yōu)選地，Sn和Cu的重量比可以為34：1、17：1、17：1.2、36：1、18：1、18：1.2、38：1、19：1、19：1.2、40：1、20：1、20：1.2、42：1、21：1、21：1.2、44：1、22：1、22：1.2、46：1、23：1、23：1.2。
優(yōu)選地，在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層。
優(yōu)選地，復合陶瓷層厚度為15～35μm。
優(yōu)選地，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc0.35％，Zn 0.12％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質。
一種抗磨損結合力強熨斗底板的制備方法，包括如下步驟：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3～10：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3～10：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為1～4：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，脈沖雙極電源的功率為3～5kW，電解液溫度10～30℃，通電時間為15～30min，得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，干燥，在真空條件下初次升溫至300-400℃，一次保溫，再次升溫至500～700℃，二次保溫，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
優(yōu)選地，在S1中，硅酸鈉和鉬酸鈉的重量比為5～7：4～5。
優(yōu)選地，在S2中，正向脈沖幅值的設定范圍為300V～500V，負向脈沖幅值的設定范圍為-30V～-100V。
優(yōu)選地，在S2中，正向脈沖幅值為400V,負向脈沖幅值的設定范圍為-60V。
優(yōu)選地，在S2中，電源正脈沖占空比設定范圍為30％～50％。
優(yōu)選地，在S2中，電源負脈沖占空比設定范圍為30％～50％。
優(yōu)選地，電源正脈沖占空比為45％，電源負脈沖占空比為45％。
優(yōu)選地，在S3中，在室溫條件下干燥。
優(yōu)選地，在S3中，真空度為5×10-3Pa。
優(yōu)選地，在S3中，初次升溫速率為15℃/min，一次保溫時間為8-10h。
優(yōu)選地，在S3中，再次升溫的速率為15℃/min，二次保溫時間為3-5h。
各組分在本發(fā)明中的作用：
Sn：；錫在熔體中能夠形成Al6Sn5、Al5Sn2、Al3Sn4多種合金化合物，形成高溫強化相，提高合金運行的熱穩(wěn)定性，改善合金室溫或高溫條件下的抗腐蝕性能。
Cu：細化雜質微粒，與Al、Ti固溶強化，提高耐磨性能。
Mn：在鋁合金中析出Al-Mn、Al-Mn-Si固溶相提高耐磨性和耐熱的粘著性。
Sc：Sc和Al會形成ScAl3、ScAl2、ScAl等多種化合物，Sc在所有稀土元素中原子半徑是最小的，且與Al的距離較近，在結晶過程中容易形成過飽和的固溶體，在加熱和擠壓過程中容易析出共格的ScAl3，熔點高，能強烈抑制再結晶過程和提高合金的穩(wěn)定性。
Zn：Zn和Cu配合使用，與Al形成多種固溶相，提高了耐磨性和耐熱性。
Si：與鋁形成鋁硅體系，在鑄造過程中形成具有α鋁相和共晶硅相的混雜結構，可以極大改善機械強度。
Ni：有利于提高鋁合金的沖擊韌性，降低脆性轉變溫度。
本發(fā)明以鋁合金作為熨斗底板的基材，采用微弧氧化工藝在鋁合金表面原位生復合陶瓷層，微弧氧化是結合了電化學和電熱的復雜過程，期間會釋放大量熱量促進了金屬氧化物α-Al2O3,γ-Al2O3，SnO2，SiO2和3Al2O3·2SiO2的形成，調節(jié)合金成分中Sn、Cu在鋁基中的配比，使基材表面形成Al2O3-SiO2-SnO2復合陶瓷層，提高了熨斗底板的高溫耐磨性能，Si來自電解液中的硅酸鹽，Al和Sn來自金屬基體，使得陶瓷層與金屬基體相互交叉，提高了兩者之間的結合力；熱處理進一步增強了復合陶瓷層的力學性能以及與金屬基體結合精密度，緩慢逐步升溫，使陶瓷層內部結構更加致密，提高了耐磨性能，電解液中加入鉬酸鈉明顯改善了陶瓷層的耐磨性能，過氧化氫促進了氧化鋁的形成，硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫配合使用，兼顧了高耐磨性和高強度；控制陶瓷層厚度在合理范圍內，在保證力學強度的同時提高了磨損性能。本發(fā)明復合陶瓷層和基體相互滲透、相互契合，兩者附著良好，不是從外部引入陶瓷物料，而是將基體表面的金屬氧化物原位生長直接燒結成復合陶瓷層，克服了陶瓷膜層致密性差和結合力不強的缺點，制備工藝簡單，節(jié)約成本，且環(huán)保無污染。
具體實施方式
實施例1
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc 0.35％，Zn 0.12％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質，所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫。
實施例2
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 15％，Cu 1.5％,Mn 0.1％，Sc 0.5％，Zn 0.05％，Si 0.1％，Ni 0.15％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為25μm。
實施例3
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 25％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.2％，Zn 0.3％，Si 0.1％，Ni 0.15％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為15μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層。
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3～10：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3～10：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為1～4：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為4kW，溫度20℃，通電時間為22min，得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，干燥，在真空條件下初次升溫至300-400℃，一次保溫，再次升溫至600℃，二次保溫，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
實施例4
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.4％，Sc 0.3％，Zn 0.15％，Si 0.4％，Ni 0.11％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為35μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層；
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為7：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為3：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為3kW，正向脈沖幅值的設定范圍為300V，負向脈沖幅值的設定范圍為-100V，電源正脈沖占空比設定范圍為30％，電源負脈沖占空比設定范圍為30％，溫度30℃，通電時間為30min得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，在室溫條件下干燥，在真空度為5×10-3Pa條件下初次升溫至300℃，升溫速率為15℃/min，一次保溫8h，再次升溫至500℃，升溫速率為15℃/min，二次保溫3h，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
實施例5
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 17％，Cu 1.2％,Mn 0.4％，Sc 0.35％，Zn 0.15％，Si0.3％，Ni 0.13％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為30μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層；
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為5：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為4：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為1：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為5kW，正向脈沖幅值的設定范圍為500V，負向脈沖幅值的設定范圍為-30V，電源正脈沖占空比設定范圍為50％，電源負脈沖占空比設定范圍為50％，溫度10℃，通電時間為15min得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，在室溫條件下干燥，在真空度為5×10-3Pa條件下初次升溫至400℃，升溫速率為15℃/min，一次保溫10h，再次升溫至700℃，升溫速率為15℃/min，二次保溫5h，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
實施例6
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 23％，Cu 1.2％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為30μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層；
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為7：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為5：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為4：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為5kW，正向脈沖幅值的設定范圍為400V，負向脈沖幅值的設定范圍為-60V，電源正脈沖占空比設定范圍為45％，電源負脈沖占空比設定范圍為45％，溫度25℃，通電時間為25min得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，在室溫條件下干燥，在真空度為5×10-3Pa條件下初次升溫至350℃，升溫速率為15℃/min，一次保溫9h，再次升溫至600℃，升溫速率為15℃/min，二次保溫4h，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
實施例7
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 1％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為30μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層；
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為7：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為4：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為5kW，正向脈沖幅值的設定范圍為400V，負向脈沖幅值的設定范圍為-60V，電源正脈沖占空比設定范圍為45％，電源負脈沖占空比設定范圍為45％，溫度25℃，通電時間為25min得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，在室溫條件下干燥，在真空度為5×10-3Pa條件下初次升溫至350℃，升溫速率為15℃/min，一次保溫9h，再次升溫至600℃，升溫速率為15℃/min，二次保溫4h，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
實施例8
一種抗磨損結合力強熨斗底板，包括金屬基體和復合陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 17％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質；所述復合陶瓷層包括氧化鋁、氧化硅和氧化錫，復合陶瓷層厚度為30μm；在金屬基體表面微弧氧化形成復合陶瓷層；
抗磨損結合力強熨斗底板的采用如下方法制得：
S1、電解液的配制：將硅酸鈉、鉬酸鈉、過氧化氫溶于去離子水，硅酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為10：1，鉬酸鈉與所配電解液的重量體積比g/L為3：1，過氧化氫與所配電解液的重量體積比g/L為1：1。
S2、復合陶瓷層制備：將S1得到的電解液倒入電解槽，將金屬基體放入電解槽中作為陽極，以不銹鋼為陰極，在陽極和陰極之間接通脈沖雙極電源，控制脈沖雙極電源的功率為5kW，正向脈沖幅值的設定范圍為400V，負向脈沖幅值的設定范圍為-60V，電源正脈沖占空比設定范圍為45％，電源負脈沖占空比設定范圍為45％，溫度25℃，通電時間為25min得到粗產(chǎn)品。
S3、熱處理：將S2得到的粗產(chǎn)品洗滌，在室溫條件下干燥，在真空度為5×10-3Pa條件下初次升溫至350℃，升溫速率為15℃/min，一次保溫9h，再次升溫至600℃，升溫速率為15℃/min，二次保溫4h，隨爐冷卻至室溫得到抗磨損結合力強熨斗底板。
對照例
一種陶瓷熨斗底板，包括金屬基體和陶瓷層，金屬基體組分按重量百分比包括：Sn 20％，Cu 0.5％,Mn 0.7％，Sc 0.35％，Zn 0.08％，Si 0.3％，Ni 0.09％，余量為Al和不可避免的雜質；采用靜電噴槍將氧化鋁、氧化錫和氧化硅的混合粉末陶瓷材料噴涂到基材表面形成陶瓷層。
將實施例6-8的抗磨損結合力強熨斗底板中陶瓷層與金屬基體結合力和耐磨性能晶型測試，測試結果如表1所示。
表1實施例6-8結合力和抗磨損性能測試數(shù)據(jù)
從表1可以看出本發(fā)明采用微弧氧化工藝在鋁合金表面原位生復合陶瓷層與鋁合金基材的結合力強，具有較好的耐磨性能，克服了陶瓷膜層致密性差和結合力不強的缺點，滿足了熨斗的實際使用要求。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。