【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械零部件苛刻的服役條件對(duì)材料性能的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。為了適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)對(duì)材料性能的要求,膠黏陶瓷涂層也需要進(jìn)一步提高其耐磨減摩、耐腐蝕以及涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度等特性。本文基于上述問(wèn)題展開(kāi)研究,為膠黏陶瓷涂層的發(fā)展與推廣提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。首先,運(yùn)用熱力學(xué)理論知識(shí)對(duì)氧化鋁體系膠黏陶瓷涂層固化成型進(jìn)行理論分析,分別確定了氧化鋁體系膠黏陶瓷涂層溶解度與體系pH和溫度的溶解度模型,從而確定膠黏陶瓷涂層的固化工藝。并通過(guò)XRD、Raman和DSC等分析手段確定膠黏陶瓷涂層固化機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明,在膠黏陶瓷涂層中植入的石墨烯并未參與固化反應(yīng)。其次,本文分別對(duì)植入納米氧化鋁以及石墨烯添加劑的膠黏陶瓷涂層進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,納米氧化鋁和石墨烯均可以有效地提高膠黏陶瓷涂層的耐腐蝕性能,而且隨著納米氧化鋁及石墨烯含量的增加,其耐腐蝕性能也相應(yīng)地增加。然而對(duì)比兩組試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),石墨烯在提高涂層耐腐蝕性能方面明顯優(yōu)于納米氧化鋁。借助SEM,Raman,EDS等分析方法,確定了納米氧化鋁以及石墨烯添加劑對(duì)于膠黏陶瓷涂層耐腐蝕特性的影響機(jī)制。由于納米顆粒較大的比表面積,吸引其它粒子與其結(jié)合,而且顆粒之間存在很強(qiáng)的物理結(jié)合力。因此相互結(jié)合的粒子可以看作為以物理結(jié)合牢靠的大顆粒。首先牢靠的物理結(jié)合可以減少裂紋、孔隙等缺陷的萌生;其次當(dāng)產(chǎn)生的裂紋遇到結(jié)合牢靠的大顆粒,無(wú)法擊穿大顆粒,其擴(kuò)展方向極易發(fā)生偏轉(zhuǎn),這將消耗部分?jǐn)嗔涯懿⒔档土鸭y尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子,從而阻止裂紋繼續(xù)擴(kuò)展,改善涂層的微觀結(jié)構(gòu),減少裂紋,孔隙等缺陷的萌生,有效地阻止基體表面金屬原子與O2、H2O和Cl-的接觸,提高膠黏陶瓷涂層耐腐蝕性,可以更好的保護(hù)基體。石墨烯的添加,使得膠黏陶瓷涂層中分布一些片狀的陶瓷片,以及片狀的石墨烯。當(dāng)內(nèi)部裂紋產(chǎn)生時(shí),裂紋擴(kuò)展遇到這些高強(qiáng)度的片狀結(jié)構(gòu),擴(kuò)展方向會(huì)受阻,裂紋被阻斷或被迫改變裂紋方向,消耗斷裂能。O2、H2O和Cl-通過(guò)受阻斷的裂紋擴(kuò)散時(shí)將無(wú)法與基體接觸,通過(guò)改變方向的裂紋擴(kuò)散時(shí),由于改變方向的裂紋變得更彎曲更長(zhǎng),增加了O2、H2O和Cl-通過(guò)該裂紋擴(kuò)散的阻力。除此以外,石墨烯片狀結(jié)構(gòu)同樣可以橋接裂紋兩端,阻止裂紋寬度變大,提高陶瓷涂層的耐腐蝕性。通過(guò)對(duì)涂層進(jìn)行線性往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)石墨烯可以有效地降低涂層的摩擦系數(shù)及磨損量。對(duì)磨痕表面進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)及元素分析,確定了石墨烯對(duì)于膠黏陶瓷涂層摩擦系數(shù)及磨損量的影響機(jī)制。石墨烯對(duì)膠黏陶瓷涂層摩擦系數(shù)的影響機(jī)制主要包含兩方面:其一,植入石墨烯,較未添加石墨烯的膠黏陶瓷涂層可以形成光滑的磨痕,光滑的磨痕可以減小接觸粗糙峰的壓力,降低摩擦接觸面間的剪切強(qiáng)度,從而降低涂層的摩擦系數(shù);此外,植入石墨烯,在發(fā)生摩擦?xí)r,基體的石墨烯會(huì)被擠出,在磨痕表面形成多層石墨烯潤(rùn)滑膜,由于石墨烯層與層之間較小的剪切強(qiáng)度,降低涂層的摩擦系數(shù)。石墨烯對(duì)于膠黏陶瓷涂層磨損量的影響機(jī)制主要包括三個(gè)方面:首先,相比未添加石墨烯的膠黏陶瓷涂層,植入石墨烯的涂層磨痕表面相對(duì)光滑,光滑的磨痕表面可以減小與對(duì)磨小球接觸的粗糙峰的壓力,降低涂層的磨損量;其次,植入石墨烯使得磨痕表面形成多層石墨烯潤(rùn)滑膜,基體中陶瓷骨料與對(duì)磨小球的接觸面積減小,從而降低陶瓷骨料的磨損量;最后,石墨烯的添加可以顯著提高涂層的韌性等力學(xué)性能,從而降低涂層內(nèi)裂紋等缺陷的萌生,使得涂層基體很難被剝落,因此降低了涂層的磨損量。通過(guò)引入摩擦切向力作用,改進(jìn)了摩擦過(guò)程中實(shí)際接觸面積模型。并借鑒ZMC模型,創(chuàng)造性的提出從基體中擠出的固體潤(rùn)滑劑的量在彈性變形、彈塑性變形以及塑性變形階段都是連續(xù)的,建立了植入固體潤(rùn)滑劑涂層的摩擦系數(shù)模型,模型結(jié)果與前人的研究以及本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合,驗(yàn)證了模型的可靠性。由模型預(yù)測(cè)結(jié)果可知:摩擦系數(shù)隨著潤(rùn)滑劑的含量增加呈線性減小趨勢(shì),隨法向載荷增大呈先減小后不變的趨勢(shì)。本模型為摩擦學(xué)學(xué)科,尤其是植入石墨烯等潤(rùn)滑添加劑的復(fù)合材料,提供一種更可靠精確的真實(shí)接觸面模型以及摩擦系數(shù)模型。最后,本文針對(duì)涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度問(wèn)題展開(kāi)研究。采用有限元分析技術(shù),發(fā)現(xiàn)在涂層與基體之間添加過(guò)渡層可顯著降低涂層體系內(nèi)剪切應(yīng)力突變情況,涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度也因此得到提高�；诖�,本文研究了涂層厚度、過(guò)渡層厚度及彈性模量對(duì)于涂層體系內(nèi)剪應(yīng)力分布的影響規(guī)律。為涂層的設(shè)計(jì)、過(guò)渡層的選擇與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.453

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 奚運(yùn)濤;劉偉;劉銳;胡東偉;張建魁;;雙金屬?gòu)?fù)合涂層制備工藝對(duì)耐蝕性能的影響[J];天然氣與石油;2015年06期

2 王建升;盧海霞;閻鎮(zhèn)威;李剛;唐明奇;馮在強(qiáng);;鑄鋼表面電火花沉積層摩擦磨損性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2015年01期

3 陶瑩;馬壯;孫方紅;李凌醫(yī);李智超;;以粉煤灰和Al-TiO_2-B_2O_3為原料制備玻璃/陶瓷復(fù)合涂層的組織及耐磨性能[J];機(jī)械工程材料;2014年09期

4 徐超;王東;;一種改進(jìn)的粗糙表面法向彈塑性接觸解析模型[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2014年11期

5 丁雪興;嚴(yán)如奇;賈永磊;;基于基底長(zhǎng)度的粗糙表面分形接觸模型的構(gòu)建與分析[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

6 黃國(guó)棟;倪自豐;卞達(dá);楊大林;趙治安;馬松濤;王永光;趙永武;;納米氧化鋁對(duì)金屬基陶瓷涂層性能的影響[J];西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年03期

7 馬壯;周鵬;董世知;田琳;李智超;;純銅表面陶瓷-滲鋁復(fù)合涂層制備工藝對(duì)耐蝕性能的影響[J];腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù);2013年04期

8 王永光;倪自豐;陳國(guó)忠;陳安琪;馬松濤;趙永武;;膠粘陶瓷涂層中氧化鋅含量對(duì)涂層顯微組織的影響[J];材料保護(hù);2013年05期

9 ;Effect of the number of layers on the bond strength for multi-layer brittle coating-substrate system[J];Science China(Technological Sciences);2012年10期

10 魏龍;劉其和;張鵬高;;基于分形理論的滑動(dòng)摩擦表面接觸力學(xué)模型[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年17期

，

本文編號(hào)：2299895