在模拟沙漠环境中涂层防护体系失效的加速试验研究

发布时间：2017-10-11 09:10

  本文关键词：在模拟沙漠环境中涂层防护体系失效的加速试验研究

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【摘要】：目前涂层防护体系在各种腐蚀环境下容易过早失效,因此选择性能优良且符合寿命要求的涂层防护体系显得极其重要。沙漠环境是一种较严重的腐蚀环境,在该环境下涂层防护体系经常出现失光、粉化、开裂甚至脱落等失效现象,这会引起设备的破坏,引发安全事故。因此,如何选择适合在沙漠环境中使用的涂层防护体系已经成为一个亟需解决的问题。本试验采用创新性的循环环境因子加速试验方法：紫外暴晒+沙尘试验,模拟了在以钛合金、铝合金、钢为基材,以离子镀铝、硫酸阳极化、钝化等为表面处理,以高固分涂层、13-2涂层及TS96-71涂层为防护层的42种涂层防护体系在沙漠环境中8年的失效行为。通过失重(厚)法、失光法、表面形貌及电化学方法等展现涂层体系在沙漠环境中的失效过程；通过微观形貌及附着力的情况表征涂层体系8个周期后的失效结果；采用创新性的数学方法来定量地评价多种涂层防护体系试验后的防护性能等级,并根据评价结果分析基材、表面处理、涂层分别对涂层防护体系性能的影响程度；通过EDS能谱、红外光谱和微观形貌分析涂层失效机理；利用纳米压入法求出涂层的硬度和弹性模量值,探讨其与涂层失效程度之间的关系。试验结果表明：涂层的光泽度、重量、厚度都有特定的变化规律；而宏观表面形貌的变化展现出涂层失效过程的特点；电化学行为则最直观的展示出涂层防护性能不断下降的过程。通过层次分析法计算出沙漠环境下涂层防护性能综合等级评价公式,并且通过其评级结果和电化学方法评价结果的对比,验证了该评价公式的可靠性。评价结果表明：在涂层防护体系性能的影响因素中,基材作用可以忽略不计,而表面处理方式略有影响,起决定性作用的是涂层种类,且13-2涂层性能最佳,TS96-71涂层次之,高固分涂层最差。通过对涂层进行红外光谱和微观形貌分析,得到涂层在沙漠环境中的失效机理：紫外线辐射使涂层发生化学键断键,产生光老化现象；风沙冲蚀导致涂层产生冲蚀坑和形成裂纹,涂层材料不断流失。通过对涂层硬度和弹性模量的大小与涂层体积冲蚀率、涂层失效等级的比较,发现硬度和弹性模量数值大的涂层在沙漠环境中体积冲蚀率大,失效程度严重。
【关键词】：涂层防护体系 紫外暴晒 沙尘试验 失效等级 力学性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 腐蚀的危害及其应对措施16-17
• 1.2 涂层在腐蚀与防护中的应用17
• 1.3 涂层防护机理简介17
• 1.4 涂层防护体系的应用17-18
• 1.5 涂层加速试验研究18-22
• 1.5.1 涂层加速试验方法18-20
• 1.5.2 涂层加速试验后的失效分析与评价20-22
• 1.6 沙漠环境中涂层失效行为研究现状22-25
• 1.6.1 沙漠环境特点介绍22-23
• 1.6.2 紫外辐射对涂层失效的研究现状23
• 1.6.3 风沙冲蚀对涂层失效的研究现状23-25
• 1.6.4 其他环境因素影响研究25
• 1.7 本论文的技术路线、研究内容和意义25-28
• 1.7.1 本论文的技术路线25
• 1.7.2 本论文的研究内容25-26
• 1.7.3 本论文的研究意义26-28
• 第二章 试验部分28-38
• 2.1 试验材料和环境谱28-31
• 2.1.1 有机涂层体系介绍28-29
• 2.1.2 沙粒粒径组成和形貌分析29-30
• 2.1.3 加速试验环境谱30-31
• 2.2 试验装置和仪器31-36
• 2.2.1 紫外失效试验装置31-32
• 2.2.2 吹沙试验装置32-33
• 2.2.3 其他仪器和材料33-36
• 2.3 试验方法36-38
• 2.3.1 失光分析法36
• 2.3.2 失重和减厚分析36-37
• 2.3.3 涂层形貌及EDS能谱分析37
• 2.3.4 涂层成分分析37
• 2.3.5 涂层附着力测试37
• 2.3.6 电化学阻抗测试37
• 2.3.7 纳米压入测试37-38
• 第三章 涂层在沙漠环境中的失效过程研究38-50
• 3.1 涂层失光率的变化过程38-39
• 3.2 涂层重量损失过程39-41
• 3.3 涂层厚度变化过程41-43
• 3.4 涂层电化学行为变化过程43-46
• 3.4.1 高固分涂层电化学行为变化过程43-45
• 3.4.2 13-2涂层电化学行为变化过程45
• 3.4.3 TS96-71涂层电化学行为变化过程45-46
• 3.5 涂层形貌变化过程46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 涂层在沙漠环境中的试验结果分析50-62
• 4.1 涂层微观形貌结果分析50-52
• 4.1.1 高固分涂层微观形貌分析50-51
• 4.1.2 13-2涂层微观形貌分析51
• 4.1.3 TS96-71涂层微观形貌分析51-52
• 4.2 涂层附着力结果分析52-56
• 4.2.1 硫酸阳极化与硼硫酸阳极化的对比53-55
• 4.2.2 离子镀铝与钛合金阳极化的对比55-56
• 4.3 涂层电化学结果分析56-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 涂层失效等级评定及验证62-72
• 5.1 涂层失效等级评定参数的选取62-65
• 5.2 失效等级单项指标权重的求解65-68
• 5.2.1 确定单项评定指标及其重要顺序66
• 5.2.2 构造两两判断矩阵66-67
• 5.2.3 进行一致性检验67
• 5.2.4 失效等级评定公式的确立67-68
• 5.3 失效等级评定结果68-70
• 5.3.1 钛基材下涂层失效等级评定结果68-69
• 5.3.3 铝基材下涂层失效等级评定结果69
• 5.3.4 钢基材下涂层失效等级评定结果69-70
• 5.4 电化学阻抗法对评定等级结果的验证70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 涂层在沙漠环境中的失效机理研究72-82
• 6.1 EDS能谱分析72-74
• 6.2 涂层光失效失效机理研究74-76
• 6.3 涂层风沙冲蚀机理研究76-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第七章 涂层力学性能参数与涂层失效程度的关系82-90
• 7.1 纳米压痕方法简介82-83
• 7.2 涂层硬度和弹性模量的求取83-87
• 7.3 涂层力学性能参数与涂层失效程度的关系87-88
• 7.4 本章小结88-90
• 第八章 结论与展望90-92
• 8.1 结论90-91
• 8.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 研究成果及发表的学术论文98-100
• 作者和导师简介100-102
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书102-103

【参考文献】

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1 张三平,萧以德;应重视西部环境对材料的腐蚀——西部环境腐蚀状况调查[J];材料保护;2002年07期

2 刘金和;张雅琴;刘慕懿;胡喜艳;雍兴跃;;有机涂层在模拟沙漠大气环境下的加速试验研究[J];表面技术;2014年04期

3 周小敏;刘钧泉;;有机涂层使用寿命探讨[J];装备环境工程;2010年01期

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本文编号：1011662