【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,會遇到與鋼鐵基體結(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,本研究針對腐蝕環(huán)境下滑動導(dǎo)軌表面摩擦部件,制備一層與基體結(jié)合性能強、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。當鋼鐵表面有不同種類鐵的氧化物生成時,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。同時對鋼鐵表面進行羥基化、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,當對有機轉(zhuǎn)化膜與環(huán)氧樹脂涂層的結(jié)合界面進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分子動力學(xué)優(yōu)化時,優(yōu)化后的環(huán)氧樹脂涂層與有機轉(zhuǎn)化膜會形成緊密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),同時生成一定量的氫鍵,這些現(xiàn)象是有利于結(jié)合力提升的。最后,當在環(huán)氧樹脂涂層中添加適量的石墨烯時,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)合強度,本文結(jié)合分子動力學(xué)仿真結(jié)果,通過試驗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)合強度的有機復(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含量對復(fù)合轉(zhuǎn)化膜性能的影響。通過測試發(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)、羰基等有機組分。當轉(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,聚合物涂層與鋼鐵基體的結(jié)合力可達到未進行轉(zhuǎn)化膜處理時的2.4倍。對涂層腐蝕性能的測試表明,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,為了強化環(huán)氧樹脂的摩擦學(xué)性能,本文對環(huán)氧樹脂涂層的制備工藝以及填料的添加進行了探究。采用SEM、結(jié)合力測試、摩擦磨損測試、電化學(xué)工作站測試的方法,探究了高溫固化時間、固化劑種類、稀釋劑種類、納米Al_2O_3含量、氧化石墨烯含量對環(huán)氧樹脂涂層產(chǎn)生的影響。由測試結(jié)果可知,當環(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,環(huán)氧樹脂涂層與鋼鐵基體之間具有較好的結(jié)合性能。當添加的納米Al_2O_3的含量為2%時,環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層與鋼球之間的摩擦系數(shù)可由未添加填料時的0.7左右降低至改性后的0.5左右,同時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鋼鐵基體的作用。除此之外,當使用鋼鐵轉(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,聚合物涂層具有更好的抗腐蝕作用,從而延長零件的使用壽命,具有優(yōu)良的應(yīng)用價值。
【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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.46

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 申澤慧;孫榮祿;;自潤滑復(fù)合材料中不同組分之間的協(xié)同作用[J];熱加工工藝;2015年04期

2 周先輝;孫友松;魏良模;張爾文;;新一代環(huán)氧潤滑耐磨涂層研制與應(yīng)用中需解決的若干問題[J];材料保護;2007年03期

3 周衛(wèi)新;曾黎明;;環(huán)氧樹脂增韌研究進展[J];中國膠粘劑;2006年05期

4 張龍彬,朱光明;環(huán)氧樹脂增韌的研究進展[J];塑料科技;2004年06期

5 張凱,黃渝鴻,郝曉東,周德惠;環(huán)氧樹脂改性技術(shù)研究進展[J];化學(xué)推進劑與高分子材料;2004年01期

6 孔杰,寧榮昌,唐玉生,白真權(quán);含環(huán)氧基團丙烯酸酯液體橡膠增韌環(huán)氧樹脂的研究[J];航空材料學(xué)報;2003年04期

7 盧少杰;橡膠增韌環(huán)氧樹脂低溫韌性的研究[J];中國膠粘劑;2003年06期

8 傅萬里,劉競超,陳小飛,劉敏娜;粘土/環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的性能研究[J];塑料;2002年02期

9 孫秀武,黃英,余云照;聚醚接枝聚硅氧烷共聚物改進環(huán)氧樹脂表面性能的研究[J];應(yīng)用化學(xué);2000年04期

10 董元彩,孟衛(wèi),魏欣,楊緒杰,陸路德,汪信;環(huán)氧樹脂/二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及性能[J];塑料工業(yè);1999年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 付紅麗;硅烷膜及若干其它預(yù)處理層在涂裝防護體系中的作用：實驗研究和分子動力學(xué)模擬[D];浙江大學(xué);2017年

2 郭睿;氧化石墨烯的濕敏特性及其在電容式濕度傳感器上的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2016年

3 張永強;表面預(yù)處理工藝對涂層結(jié)合性能的影響[D];大連理工大學(xué);2014年

，

本文編號：2646441