【摘要】：磷酸鹽涂料是一種水性的無機(jī)涂料,與有機(jī)涂料相比,無機(jī)磷酸鹽涂料具有良好的耐熱性、耐氧化性、耐油性等綜合性能,可以作為防腐材料、耐磨材料、耐火材料等,在汽車、航空航天、海洋船舶等領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛應(yīng)用。但目前的研究對(duì)于磷酸鹽涂層及硅溶膠改性磷酸鹽涂層的腐蝕行為、腐蝕機(jī)理等沒有系統(tǒng)的研究。此外對(duì)于添加陶瓷骨料的磷酸鹽涂層,其摩擦磨損性能以及潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)其性能的改善還缺乏研究。本文在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)磷酸鹽涂層耐腐蝕及耐磨性能研究中存在的問題,通過制備磷酸鋁粘結(jié)劑,研究粘結(jié)劑的固化成膜機(jī)理;制備磷酸鋁涂層、磷酸鋁/硅溶膠涂層,研究涂層的耐腐蝕機(jī)理以及硅溶膠對(duì)腐蝕性能的影響;制備磷酸鋁/碳化硅涂層、磷酸鋁/(碳化硅+石墨)涂層,研究涂層摩擦磨損行為及潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)其性能影響。取得的創(chuàng)新性成果如下:通過化學(xué)合成法合成磷酸鋁粘結(jié)劑,結(jié)合熱分析及物相分析研究了粘結(jié)劑的固化成膜機(jī)理。粘結(jié)劑在熱處理過程中會(huì)發(fā)生物相轉(zhuǎn)變,在400℃時(shí)結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定,主要物相成分為Al(PO_3)_3。磷酸鋁涂層對(duì)腐蝕介質(zhì)具有良好的屏蔽作用,能夠長(zhǎng)時(shí)間保護(hù)基體。粘結(jié)劑包裹骨料形成連續(xù)的膜層,阻礙腐蝕介質(zhì)接觸基體,經(jīng)過120天浸泡時(shí)間后,涂層耐蝕性能逐漸下降,腐蝕電位從-0.351V下降到-0.684V,腐蝕電流從1.366μA·cm~(-2)上升至2.4μA·cm~(-2),阻抗譜中阻抗弧半徑減小,阻抗值降低,但仍高于基體。添加10%含量硅溶膠的復(fù)合涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能。適量的硅溶膠能夠促進(jìn)涂料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)生成,使涂層具備硅溶膠的低溫結(jié)合強(qiáng)度及磷酸鹽的高溫結(jié)合強(qiáng)度,改善涂層質(zhì)量進(jìn)而提升耐蝕性能。10%硅溶膠含量的涂層腐蝕電位從-0.351V上升至-0.23V,腐蝕電流從1.366μA·cm~(-2)下降至0.561μA·cm~(-2)。碳化硅骨料比例為0.8的磷酸鋁/碳化硅涂層耐磨性能最好。粘結(jié)劑能夠剛好填充骨料間隙,嵌合強(qiáng)度最高,涂層硬度值達(dá)到500 HV,磨損率為0.13×10~(-3)mg·m~(-1)·N~(-1),耐磨性能最佳。骨料中石墨含量為8-10%的涂層表現(xiàn)出良好的綜合性能。添加8-10%石墨能夠降低涂層摩擦系數(shù)(從0.8降低到0.35),且涂層硬度值達(dá)到(300-350 HV),磨損率保持較低水平(0.198-0.216×10~(-3) mg·m~(-1)·N~(-1))。
【圖文】：

圖 3-2 磷酸鋁膠粘劑的熱分析曲線Fig.3-2 TG/DSC curves of aluminum-phosphate binder.2 磷酸鋁粘結(jié)劑的 XRD 分析根據(jù) TG/DSC 曲線分析的吸熱峰出現(xiàn)的溫度點(diǎn)，選取 200℃、250℃、300、500℃、600℃分別作為熱處理的最終溫度，，并分別在真空管式爐 GSLX 中對(duì)制備的粘結(jié)劑進(jìn)行熱處理，將這些溫度熱處理后形成的產(chǎn)物進(jìn)行 X，結(jié)果如圖 3-3 所示。從圖 3-3 不同溫度熱處理過后的粘結(jié)劑 XRD 曲線可以看出，當(dāng)溫度在 20粘結(jié)劑主要成分均為 Al(H2P2O7)·2.5H2O，當(dāng)溫度升高到 250℃時(shí)，此時(shí)粘成分為 Al(H2P2O7)·2.5H2O 和 AlPO4，表明 DSC 曲線中的放熱峰對(duì)應(yīng)的是2P2O7)·2.5H2O 轉(zhuǎn)變?yōu)?AlPO4反應(yīng)的發(fā)生，而當(dāng)溫度上升到 300℃時(shí)，此時(shí)全部為 AlPO4。400℃時(shí)，粘結(jié)劑主要成分全部轉(zhuǎn)變?yōu)?Al(PO3)3，說明在 3時(shí) DSC 曲線對(duì)應(yīng)的反應(yīng)為 AlPO4轉(zhuǎn)變?yōu)?Al(PO3)3。熱處理溫度為 500℃時(shí)相同，粘結(jié)劑主要成分也是 Al(PO3)3，當(dāng)溫度達(dá)到 600℃時(shí)，此時(shí)粘結(jié)劑

圖 3-3 磷酸鋁膠粘劑在不同熱處理溫度下的 XRD 圖譜 XRD pattern of aluminum-phosphate binder after heat treatment with different temp驗(yàn)所制備的磷酸鋁粘結(jié)劑不同溫度下的相成分如表 3-1 所示：表 3-1 不同溫度熱處理后粘結(jié)劑化學(xué)成分Table 3-1 Chemical compositions of the binder at different temperatures熱處理溫度（℃） 主要相 第二相200 Al(H2P2O7)·2.5H2O－250 Al(H2P2O7)·2.5H2O AlPO4300 AlPO4－400 Al(PO3)3－500 Al(PO3)3－600 Al2P6O18－磷酸鋁粘結(jié)劑的固化機(jī)理分析
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ630.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2640737