碳纳米管增强陶瓷复合涂层的性能及其机理研究

发布时间：2022-02-19 14:51

　　现代工业应用如航空航天、机械制造和能源开发等众多领域对零件的耐磨损、耐高温和耐腐蚀能力提出了越来越严苛的要求。如高性能发动机中的曲轴与轴承、气门阀与阀座等摩擦副,需要在700℃左右的排气温度及富含酸性物质的尾气环境下做高频率的往复或旋转运动,高温腐蚀磨损仍然是亟需进一步解决的一大难题。胶粘陶瓷涂层作为陶瓷涂层的一种,以其施工简易,固化温度低,成本低等优点,正被越来越多的用于解决现代工业中腐蚀及磨损等难题。然而,为拓展涂层适用范围,胶粘陶瓷涂层在耐磨减摩、耐腐蚀及改善韧性等方面仍然需要持续改善。本文对胶粘陶瓷涂层的耐磨性能、耐腐蚀性能展开深入研究,为胶粘陶瓷涂层的应用与推广提供了进一步的理论依据和技术指导。本文首先对胶粘陶瓷涂层样件制备进行研究。针对制备过程中由于添加剂分散性差导致涂层性能下降的问题,对碳纳米管进行强酸处理引入羧基官能团,并进一步用表面活性剂对其进行物理改性,在碳纳米管表面引入亲水性基团。结果表明碳纳米管在陶瓷涂层中的分散性明显增强。XRD、Raman和EDS等分析结果显示,碳纳米管的主碳管结构未在酸洗和离心过程中遭到破坏,且在后续的涂层原浆混合和固化过程中,碳纳米管未与... 

【文章来源】：江南大学江苏省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景
    1.2 陶瓷涂层的特点及制备方法概述
    1.3 胶黏陶瓷涂层发展概述及国内外研究现状
        1.3.1 陶瓷涂层摩擦学性能的国内外研究进展
        1.3.2 陶瓷涂层耐腐蚀性能的国内外研究进展
    1.4 碳纳米管研究概述
        1.4.1 碳纳米管的结构和特点
        1.4.2 碳纳米管的制备
        1.4.3 碳纳米管的应用
    1.5 本论文主要研究内容及研究意义
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 研究意义
第二章 复合涂层的制备说明及相关性能表征
    2.1 引言
    2.2 试验材料与设备
        2.2.1 试验原材料
        2.2.2 试验设备
    2.3 陶瓷涂层的制备
        2.3.1 碳纳米管的改性
        2.3.2 碳纳米管增强胶黏陶瓷涂层的制备
    2.4 试验方法
        2.4.1 SEM分析
        2.4.2 TEM分析
        2.4.3 X射线衍射
        2.4.4 拉曼光谱分析
        2.4.5 热失重分析
        2.4.6 红外光谱分析
    2.5 碳纳米管及涂层的性能表征
        2.5.1 碳纳米管的性能表征
        2.5.2 涂层的表征
    2.6 本章小结
第三章 碳纳米管增强陶瓷涂层常温摩擦磨损性能及机理研究
    3.1 引言
    3.2 陶瓷涂层样件制备
    3.3 摩擦磨损试验设计
        3.3.1 摩擦磨损试验设备介绍
        3.3.2 摩擦磨损试验关键参数设定
    3.4 摩擦磨损试验结果
        3.4.1 机械参数
        3.4.2 摩擦系数
        3.4.3 磨损量
    3.5 摩擦磨损机理研究
    3.6 本章小结
第四章 碳纳米管增强陶瓷涂层高温摩擦磨损性能及其机理研究
    4.1 引言
    4.2 试验准备及试验方法
        4.2.1 样件制备
        4.2.2 摩擦磨损试验
    4.3 高温摩擦磨损试验结果及讨论
        4.3.1 陶瓷涂层的机械特性
        4.3.2 陶瓷涂层的摩擦磨损特性
    4.4 高温摩擦磨损试验机理研究
    4.5 本章小结
第五章 碳纳米管增强胶黏陶瓷涂层摩擦模型
    5.1 引言
    5.2 微凸体与刚性面接触力学模型
        5.2.1 微凸体接触模型
        5.2.2 模型无量纲化
    5.3 碳纳米管增强胶粘陶瓷涂层摩擦系数模型
        5.3.1 杨氏模量随温度变化模型
        5.3.2 硬度随温度变化模型
        5.3.3 考虑不同温度下的碳纳米管增强胶粘陶瓷涂层摩擦系数模型
    5.4 模型分析
    5.5 本章小结
第六章 碳纳米管增强陶瓷涂层耐腐蚀性能及其机理研究
    6.1 引言
    6.2 胶黏陶瓷涂层样件准备与电化学试验
        6.2.1 样件准备
        6.2.2 胶黏陶瓷涂层腐蚀的常规研究方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 电化学阻抗分析
        6.3.2 陶瓷涂层的极化曲线
        6.3.3 陶瓷涂层的腐蚀形态
    6.4 碳纳米管增强涂层的耐腐蚀机理
    6.5 本章小结
第七章 主要结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 主要创新点
    7.3 主要展望
致谢
参考文献
附录:作者在攻读博士学位期间的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌摩擦加工制备石墨烯和碳纳米管增强Al6061-SiC复合材料的显微组织演变及表面性能（英文）[J]. Abhishek SHARMA,Vyas Mani SHARMA,Jinu PAUL.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(10)
[2]高熵陶瓷材料研究进展[J]. 顾俊峰,邹冀,张帆,季伟,王皓,王为民,傅正义.  中国材料进展. 2019(09)
[3]国外航空发动机用SiCf/SiC复合材料的材料级性能测试研究进展[J]. 刘虎,杨金华,周怡然,吕晓旭,齐哲,焦健.  材料工程. 2018(11)
[4]碳纳米管的应用研究[J]. 王代懿,潘娟.  凯里学院学报. 2018(03)
[5]碳纳米管的制备方法[J]. 李春花,贺小光,卓春蕊,姚春梅,吕启松.  科技经济导刊. 2016(32)
[6]胶粘陶瓷涂层中氧化锌含量对涂层显微组织的影响[J]. 王永光,倪自丰,陈国忠,陈安琪,马松涛,赵永武.  材料保护. 2013(05)
[7]热化学反应陶瓷涂层技术研究进展[J]. 董世知,闫翠娟,周鹏.  热加工工艺. 2011(22)
[8]含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能[J]. 王月梅,周惠娣,陈建敏,陈磊,冶银平.  摩擦学学报. 2010(06)
[9]金属基高温耐磨陶瓷涂层的制备与研究[J]. 刘峰,于明涛,万隆.  中国陶瓷. 2008(03)
[10]复合场(电磁场及激光)下发动机纳米复合涂层表面研究[J]. 叶斌.  润滑与密封. 2007(11)



本文编号：3633100