钢铁表面化学改性处理对聚合物涂层性能影响的研究

发布时间：2020-05-01 02:13

【摘要】：聚合物涂层因其良好的摩擦学性能已逐步体现出其优异的潜质,纳米填料、多元复合、表面修饰与改性更可以为聚合物复合涂层的性能带来多方面的性能提升。研究能够应用于复杂的动态环境中,有效提高海洋环境中摩擦设备和部件使用寿命的耐磨减摩复合涂层,是我国海洋资源开发和海洋战略实施的重要关键技术之一。但是,传统的聚合物被作为涂层时,会遇到与钢铁基体结合性能较弱、摩擦学性能有待提高等问题。这些问题很大程度地影响了聚合物涂层在金属零件表面的应用。因此,本研究针对腐蚀环境下滑动导轨表面摩擦部件,制备一层与基体结合性能强、抗腐蚀性能优异、综合性能良好的聚合物复合涂层。本文使用Materials Studio软件建立了不同状态下钢铁基体与环氧树脂涂层结合界面模型。当钢铁表面有不同种类铁的氧化物生成时,钢铁基体与环氧树脂涂层之间范德华力提升有所提升,但静电力有所下降。同时对钢铁表面进行羟基化、苯酚化、硅烷化处理,同样存在范德华力提升且静电力下降的现象。除此之外,当对有机转化膜与环氧树脂涂层的结合界面进行结构优化和分子动力学优化时,优化后的环氧树脂涂层与有机转化膜会形成紧密的交联结构,同时生成一定量的氢键,这些现象是有利于结合力提升的。最后,当在环氧树脂涂层中添加适量的石墨烯时,环氧树脂复合涂层与钢铁基体之间界面的范德华力出现提升。为了使环氧树脂涂层与钢铁基体具有更高的结合强度,本文结合分子动力学仿真结果,通过试验研制出一种可以有效地提高钢铁基体与环氧树脂涂层之间结合强度的有机复合转化膜。使用SEM、EDS、红外光谱仪、电化学工作站、拉拔法结合力测试仪,研究了温度、单宁酸含量、酒石酸含量、硅烷偶联剂KH560含量对复合转化膜性能的影响。通过测试发现,转化膜的主要元素为C、O、Mo、Si等,并且含有一定量的苯环、羰基等有机组分。当转化液温度为35℃、单宁酸含量4g/L、酒石酸含量1g/L、硅烷偶联剂KH560含量20g/L时,聚合物涂层与钢铁基体的结合力可达到未进行转化膜处理时的2.4倍。对涂层腐蚀性能的测试表明,所制备的转化膜也一定程度上提高了钢铁基体的耐腐蚀性能。最后,为了强化环氧树脂的摩擦学性能,本文对环氧树脂涂层的制备工艺以及填料的添加进行了探究。采用SEM、结合力测试、摩擦磨损测试、电化学工作站测试的方法,探究了高温固化时间、固化剂种类、稀释剂种类、纳米Al_2O_3含量、氧化石墨烯含量对环氧树脂涂层产生的影响。由测试结果可知,当环氧树脂涂层使用聚酰胺树脂作为固化剂、无水乙醇作为稀释剂、并且70℃高温固化3天时,环氧树脂涂层与钢铁基体之间具有较好的结合性能。当添加的纳米Al_2O_3的含量为2%时,环氧树脂复合涂层与钢球之间的摩擦系数可由未添加填料时的0.7左右降低至改性后的0.5左右,同时改性后的涂层耐磨性能也有所提升。因此,通过在环氧树脂复合涂层中添加纳米Al_2O_3的方式,可以有效地改善其摩擦学性能,从而更好地起到保护钢铁基体的作用。除此之外,当使用钢铁转化膜以及聚合物改性的方式使钢铁基体与聚合物涂层之间的结合力提升时,聚合物涂层具有更好的抗腐蚀作用,从而延长零件的使用寿命,具有优良的应用价值。
【图文】：

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单宁酸-钼酸盐-硅烷偶联剂改性液制备装置图

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13图 2.1 单宁酸-钼酸盐-硅烷偶联剂改性液制备装置图纳米填料改性装置如 2.2 所示：图 2.2 纳米填料改性装置图2.2 有机复合转化膜的制备2.2.1 制备流程钢铁基体钢铁表面化学转化膜制备流程如图 2.3 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.46

【参考文献】