一种利用热喷涂3D打印技术制备的隔热杯及其制备方法与流程

本发明属于隔热杯领域，具体涉及一种利用热喷涂3d打印技术制备的隔热杯及其制备方法。

背景技术：

隔热杯的结构简单、造价低、隔热效果好、制造及使用方便，在市场中颇受欢迎。目前隔热层多为空气或者陶瓷。申请号01118535.x公开了一种双层陶瓷隔热杯及其制备方法，该双层陶瓷隔热杯包括内外两层结构，且内外两层之间设有中空部。在隔热杯的制造方法上，专利号99815124.6公开了一种隔热容器和一种制造方法，其利用粘结剂将隔热板片粘结固定于壁坯料和折叠划痕之间制作了一种隔热杯；申请号200910044733.4公开了一种双层陶瓷隔热杯与其制备方法，其利用注浆后再烧结技术制备陶瓷层隔热层。

热喷涂是利用某种热源(如燃烧火焰、电弧或等离子等)将金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。其具有喷涂材料广泛、基体形状与尺寸不受限制、涂层厚度容易控制、工艺操作简单、成本低效率高、能赋予基体表面特殊性能等特点，在再制造产业具有巨大潜力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种利用热喷涂3d打印技术制备的隔热杯及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用热喷涂3d打印技术制备的隔热杯，其特征在于，所述隔热杯的杯壁包括三层结构，其中内层和外层为金属涂层，内外两层之间的中间层为陶瓷涂层。

上述方案中，所述金属涂层的材料为铝材、不锈铜材、或镍材。

上述方案中，所述陶瓷涂层的材料为氧化铝、氧化锆、氧化铝与氧化钇的混合物、或氧化锆与氧化钇的混合物。

上述方案中，所述内层金属涂层和外层金属涂层的厚度均为100μm～300μm，所述陶瓷涂层的厚度为100μm～400μm。

利用热喷涂3d打印技术制备上述隔热杯的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备圆台石膏模型：按照石膏粉产品要求的水粉比调制浆料，灌注于杯型模具中制备得到圆台石膏模型；

(2)内层金属层的制备：利用电弧喷涂成型工艺在步骤(1)所得圆台石膏模型表面上沉积一层金属层；

(3)中间层陶瓷涂层的制备：利用火焰喷涂成型工艺在步骤(2)制备的金属涂层表面上沉积一层陶瓷涂层；

(4)外层金属层的制备：利用电弧喷涂成型工艺在步骤(3)所得陶瓷涂层上沉积一层金属层；

(5)脱模、抛光处理后得到隔热杯。

上述方案中，步骤(2)所述电弧喷涂成型工艺的参数为：电流50～200a，电压10～50v，压缩空气压力为0.1～1.5mpa，喷涂距离为8～30cm，电弧枪移动速度10～50mm/s。

上述方案中，步骤(3)所述火焰喷涂成型工艺的参数为：助燃气为o2、压力为0.3～1.0mpa，燃气为乙炔、压力为0.05～0.3mpa，辅助气为压缩空气，压力为0.3～1.0mpa，送粉速率为10～100g/min，喷涂距离为50～200mm，火焰喷枪移动速度100～1200mm/s，涂层喷涂次数1～30遍。

上述方案中，步骤(4)所述电弧喷涂成型工艺的参数为：电流50～200a，电压10～50v，压缩空气压力为0.1～1.5mpa，喷涂距离为8～30cm，电弧枪移动速度10～50mm/s。

本发明的有益效果：(1)采用本发明所述热喷涂3d打印技术制备的隔热杯，其杯壁的结构为三明治结构(即两层金属涂层中金夹着一层陶瓷涂层)，陶瓷涂层受金属涂层的保护，不容易破碎或受损伤，所述隔热杯具有隔热性能好、力学性能好以及成型性能好等优点；(2)本发明所述制备方法的操作简单、成本低、重复性好、适合工业化生产；喷涂材料广泛、基体形状与尺寸不受限制、各涂层厚度容易控制。

附图说明

图1为本发明利用热喷涂3d打印技术制备的隔热杯的光学数码照片。

图2为本发明实施例2制备的三层结构的隔热杯壁涂层断面扫描电镜图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种热喷涂3d打印技术制备上述隔热杯，通过如下方法制备：

(1)制备圆台石膏模型：按照石膏粉产品要求的水粉比调制浆料，灌注于杯型模具中制备得到圆台石膏模型；

(2)内层金属层的制备：采用超音速电弧喷涂方法，以不锈钢丝材为喷涂材料，在圆台石膏模型表面形成厚度为150μm的金属涂层；其中，超音速电弧喷涂的工艺参数为：电流120a，电压25v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s；

(3)中间层陶瓷涂层的制备：采用火焰喷涂方法，以zro2为喷涂粉末，在步骤(2)所得金属涂层表面形成厚度约为200μm的陶瓷涂层；其中，控制火焰喷涂的喷涂参数为：助燃气为o2、压力为0.6mpa，燃气为乙炔、压力为0.1mpa，辅助气为压缩空气，压力为0.8mpa，送粉速率为60g/min,喷涂距离为100mm，火焰喷枪移动速度600mm/s，涂层喷涂次数6遍；

(4)外层金属层的制备：采用超音速电弧喷涂方法，以不锈钢丝材为喷涂材料，在陶瓷涂层表面形成厚度约为150μm的金属涂层，其中，控制超音速电弧喷涂的喷涂参数为：电流120a，电压25v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s。

(5)脱模、抛光处理后得到隔热杯。

利用激光导热仪(netzschlfa457microflash)测得本实施例制备的隔热杯整体平均导热系数为33.56w/(m*k)，相比较纯铝基体的杯子(导热系数为237w/(m*k)，本实施例 所述隔热杯的隔热效果非常好。此外，相比较传统的陶瓷隔热杯，本实施例隔热杯杯壁具有三明治结构，内层和外层的金属涂层对中间的陶瓷涂层起到了很好的保护作用，金属涂层较陶瓷涂层更为柔软，因此，两层金属涂层中间夹着一层陶瓷涂层的三明治结构有利于提高隔热杯的隔热性能、力学性能以及成型性能。

实施例2

一种热喷涂3d打印技术制备上述隔热杯，通过如下方法制备：

(1)制备圆台石膏模型：按照石膏粉产品要求的水粉比调制浆料，灌注于杯型模具中制备得到圆台石膏模型；

(2)内层金属层的制备：采用电弧喷涂方法，以铝丝材为喷涂材料，在圆台石膏模型表面形成厚度为300μm的金属涂层；其中，电弧喷涂的工艺参数为：电流100a，电压25v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s；

(3)中间层陶瓷涂层的制备：采用火焰喷涂方法，以zro2-20％y2o3为喷涂粉末，在步骤(2)所得金属涂层表面形成厚度约为100μm的陶瓷涂层；其中，控制火焰喷涂的喷涂参数为：助燃气为o2、压力为0.55mpa，燃气为乙炔、压力为0.1mpa，辅助气为压缩空气，压力为0.8mpa，送粉速率为60g/min，喷涂距离为100mm，火焰喷枪移动速度1000mm/s，涂层喷涂次数2遍；

(4)外层金属层的制备：采用电弧喷涂方法，以铝丝材为喷涂材料，在陶瓷涂层表面形成厚度约为100μm的金属涂层，其中，控制超音速电弧喷涂的喷涂参数为：电流100a，电压25v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s。

(5)脱模、抛光处理后得到隔热杯。

本实施例制备得到的隔热杯杯壁涂层断面扫描电镜图见图2，利用激光导热仪(netzschlfa457microflash)测得本实施例制备的隔热杯整体平均导热系数为40.48w/(m*k)，相比较纯铝基体的杯子(导热系数为237w/(m*k)，本实施例所述隔热杯的隔热效果非常好。此外，相比较传统的陶瓷隔热杯，本实施例隔热杯杯壁具有三明治结构，内层和外层的金属涂层对中间的陶瓷涂层起到了很好的保护作用，金属涂层较陶瓷涂层更为柔 软，因此，两层金属涂层中间夹着一层陶瓷涂层的三明治结构有利于提高隔热杯的隔热性能、力学性能以及成型性能。

实施例3

一种热喷涂3d打印技术制备上述隔热杯，通过如下方法制备：

(1)制备圆台石膏模型：按照石膏粉产品要求的水粉比调制浆料，灌注于杯型模具中制备得到圆台石膏模型；

(2)内层金属层的制备：采用电弧喷涂方法，以铝丝材为喷涂材料，在圆台石膏模型表面形成厚度为150μm的金属涂层；其中，电弧喷涂的工艺参数为：电流80a，电压20v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s；

(3)中间层陶瓷涂层的制备：采用火焰喷涂方法，以al2o3为喷涂粉末，在步骤(2)所得金属涂层表面形成厚度约为400μm的陶瓷涂层；其中，控制火焰喷涂的喷涂参数为：助燃气为o2、压力为0.5mpa，燃气为乙炔、压力为0.1mpa，辅助气为压缩空气，压力为0.8mpa，送粉速率为60g/min,喷涂距离为150mm，火焰喷枪移动速度600mm/s，涂层喷涂次数8遍；

(4)外层金属层的制备：采用电弧喷涂方法，以铝丝材为喷涂材料，在陶瓷涂层表面形成厚度约为150μm的金属涂层，其中，控制超音速电弧喷涂的喷涂参数为：电流80a，电压20v，压缩空气压力为0.5mpa，喷涂距离为150mm，电弧枪移动速度20mm/s。

(5)脱模、抛光处理后得到隔热杯。

利用激光导热仪(netzschlfa457microflash)测得本实施例制备的隔热杯整体平均导热系数为35.48w/(m*k)，相比较纯铝基体的杯子(导热系数为237w/(m*k)，本实施例所述隔热杯的隔热效果非常好。此外，相比较传统的陶瓷隔热杯，本实施例隔热杯杯壁具有三明治结构，内层和外层的金属涂层对中间的陶瓷涂层起到了很好的保护作用，金属涂层较陶瓷涂层更为柔软，因此，两层金属涂层中间夹着一层陶瓷涂层的三明治结构有利于提高隔热杯的隔热性能、力学性能以及成型性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所 属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。