【摘要】：聚合物涂層因其良好的摩擦學(xué)性能已逐步體現(xiàn)出其優(yōu)異的潛質(zhì),納米填料、多元復(fù)合、表面修飾與改性更可以為聚合物復(fù)合涂層的性能帶來多方面的性能提升。研究能夠應(yīng)用于復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中,有效提高海洋環(huán)境中摩擦設(shè)備和部件使用壽命的耐磨減摩復(fù)合涂層,是我國海洋資源開發(fā)和海洋戰(zhàn)略實(shí)施的重要關(guān)鍵技術(shù)之一。但是,傳統(tǒng)的聚合物被作為涂層時(shí),會(huì)遇到與鋼鐵基體結(jié)合性能較弱、摩擦學(xué)性能有待提高等問題。這些問題很大程度地影響了聚合物涂層在金屬零件表面的應(yīng)用。因此,本研究針對(duì)腐蝕環(huán)境下滑動(dòng)導(dǎo)軌表面摩擦部件,制備一層與基體結(jié)合性能強(qiáng)、抗腐蝕性能優(yōu)異、綜合性能良好的聚合物復(fù)合涂層。本文使用Materials Studio軟件建立了不同狀態(tài)下鋼鐵基體與環(huán)氧樹脂涂層結(jié)合界面模型。當(dāng)鋼鐵表面有不同種類鐵的氧化物生成時(shí),鋼鐵基體與環(huán)氧樹脂涂層之間范德華力提升有所提升,但靜電力有所下降。同時(shí)對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行羥基化、苯酚化、硅烷化處理,同樣存在范德華力提升且靜電力下降的現(xiàn)象。除此之外,當(dāng)對(duì)有機(jī)轉(zhuǎn)化膜與環(huán)氧樹脂涂層的結(jié)合界面進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化時(shí),優(yōu)化后的環(huán)氧樹脂涂層與有機(jī)轉(zhuǎn)化膜會(huì)形成緊密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),同時(shí)生成一定量的氫鍵,這些現(xiàn)象是有利于結(jié)合力提升的。最后,當(dāng)在環(huán)氧樹脂涂層中添加適量的石墨烯時(shí),環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層與鋼鐵基體之間界面的范德華力出現(xiàn)提升。為了使環(huán)氧樹脂涂層與鋼鐵基體具有更高的結(jié)合強(qiáng)度,本文結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果,通過試驗(yàn)研制出一種可以有效地提高鋼鐵基體與環(huán)氧樹脂涂層之間結(jié)合強(qiáng)度的有機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)化膜。使用SEM、EDS、紅外光譜儀、電化學(xué)工作站、拉拔法結(jié)合力測(cè)試儀,研究了溫度、單寧酸含量、酒石酸含量、硅烷偶聯(lián)劑KH560含量對(duì)復(fù)合轉(zhuǎn)化膜性能的影響。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)化膜的主要元素為C、O、Mo、Si等,并且含有一定量的苯環(huán)、羰基等有機(jī)組分。當(dāng)轉(zhuǎn)化液溫度為35℃、單寧酸含量4g/L、酒石酸含量1g/L、硅烷偶聯(lián)劑KH560含量20g/L時(shí),聚合物涂層與鋼鐵基體的結(jié)合力可達(dá)到未進(jìn)行轉(zhuǎn)化膜處理時(shí)的2.4倍。對(duì)涂層腐蝕性能的測(cè)試表明,所制備的轉(zhuǎn)化膜也一定程度上提高了鋼鐵基體的耐腐蝕性能。最后,為了強(qiáng)化環(huán)氧樹脂的摩擦學(xué)性能,本文對(duì)環(huán)氧樹脂涂層的制備工藝以及填料的添加進(jìn)行了探究。采用SEM、結(jié)合力測(cè)試、摩擦磨損測(cè)試、電化學(xué)工作站測(cè)試的方法,探究了高溫固化時(shí)間、固化劑種類、稀釋劑種類、納米Al_2O_3含量、氧化石墨烯含量對(duì)環(huán)氧樹脂涂層產(chǎn)生的影響。由測(cè)試結(jié)果可知,當(dāng)環(huán)氧樹脂涂層使用聚酰胺樹脂作為固化劑、無水乙醇作為稀釋劑、并且70℃高溫固化3天時(shí),環(huán)氧樹脂涂層與鋼鐵基體之間具有較好的結(jié)合性能。當(dāng)添加的納米Al_2O_3的含量為2%時(shí),環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層與鋼球之間的摩擦系數(shù)可由未添加填料時(shí)的0.7左右降低至改性后的0.5左右,同時(shí)改性后的涂層耐磨性能也有所提升。因此,通過在環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層中添加納米Al_2O_3的方式,可以有效地改善其摩擦學(xué)性能,從而更好地起到保護(hù)鋼鐵基體的作用。除此之外,當(dāng)使用鋼鐵轉(zhuǎn)化膜以及聚合物改性的方式使鋼鐵基體與聚合物涂層之間的結(jié)合力提升時(shí),聚合物涂層具有更好的抗腐蝕作用,從而延長(zhǎng)零件的使用壽命,具有優(yōu)良的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

單寧酸-鉬酸鹽-硅烷偶聯(lián)劑改性液制備裝置圖

13圖 2.1 單寧酸-鉬酸鹽-硅烷偶聯(lián)劑改性液制備裝置圖納米填料改性裝置如 2.2 所示：圖 2.2 納米填料改性裝置圖2.2 有機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的制備2.2.1 制備流程鋼鐵基體鋼鐵表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜制備流程如圖 2.3 所示：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.46

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2646441