无机磷酸盐涂层的制备及其腐蚀和摩擦磨损性能研究

发布时间：2020-04-25 22:07

【摘要】：磷酸盐涂料是一种水性的无机涂料,与有机涂料相比,无机磷酸盐涂料具有良好的耐热性、耐氧化性、耐油性等综合性能,可以作为防腐材料、耐磨材料、耐火材料等,在汽车、航空航天、海洋船舶等领域已经有广泛应用。但目前的研究对于磷酸盐涂层及硅溶胶改性磷酸盐涂层的腐蚀行为、腐蚀机理等没有系统的研究。此外对于添加陶瓷骨料的磷酸盐涂层,其摩擦磨损性能以及润滑介质对其性能的改善还缺乏研究。本文在相关研究的基础上,针对磷酸盐涂层耐腐蚀及耐磨性能研究中存在的问题,通过制备磷酸铝粘结剂,研究粘结剂的固化成膜机理;制备磷酸铝涂层、磷酸铝/硅溶胶涂层,研究涂层的耐腐蚀机理以及硅溶胶对腐蚀性能的影响;制备磷酸铝/碳化硅涂层、磷酸铝/(碳化硅+石墨)涂层,研究涂层摩擦磨损行为及润滑介质对其性能影响。取得的创新性成果如下:通过化学合成法合成磷酸铝粘结剂,结合热分析及物相分析研究了粘结剂的固化成膜机理。粘结剂在热处理过程中会发生物相转变,在400℃时结构最为稳定,主要物相成分为Al(PO_3)_3。磷酸铝涂层对腐蚀介质具有良好的屏蔽作用,能够长时间保护基体。粘结剂包裹骨料形成连续的膜层,阻碍腐蚀介质接触基体,经过120天浸泡时间后,涂层耐蚀性能逐渐下降,腐蚀电位从-0.351V下降到-0.684V,腐蚀电流从1.366μA·cm~(-2)上升至2.4μA·cm~(-2),阻抗谱中阻抗弧半径减小,阻抗值降低,但仍高于基体。添加10%含量硅溶胶的复合涂层表现出优异的耐腐蚀性能。适量的硅溶胶能够促进涂料网状结构生成,使涂层具备硅溶胶的低温结合强度及磷酸盐的高温结合强度,改善涂层质量进而提升耐蚀性能。10%硅溶胶含量的涂层腐蚀电位从-0.351V上升至-0.23V,腐蚀电流从1.366μA·cm~(-2)下降至0.561μA·cm~(-2)。碳化硅骨料比例为0.8的磷酸铝/碳化硅涂层耐磨性能最好。粘结剂能够刚好填充骨料间隙,嵌合强度最高,涂层硬度值达到500 HV,磨损率为0.13×10~(-3)mg·m~(-1)·N~(-1),耐磨性能最佳。骨料中石墨含量为8-10%的涂层表现出良好的综合性能。添加8-10%石墨能够降低涂层摩擦系数(从0.8降低到0.35),且涂层硬度值达到(300-350 HV),磨损率保持较低水平(0.198-0.216×10~(-3) mg·m~(-1)·N~(-1))。
【图文】：

图 3-2 磷酸铝胶粘剂的热分析曲线Fig.3-2 TG/DSC curves of aluminum-phosphate binder.2 磷酸铝粘结剂的 XRD 分析根据 TG/DSC 曲线分析的吸热峰出现的温度点，选取 200℃、250℃、300、500℃、600℃分别作为热处理的最终温度，，并分别在真空管式炉 GSLX 中对制备的粘结剂进行热处理，将这些温度热处理后形成的产物进行 X，结果如图 3-3 所示。从图 3-3 不同温度热处理过后的粘结剂 XRD 曲线可以看出，当温度在 20粘结剂主要成分均为 Al(H2P2O7)·2.5H2O，当温度升高到 250℃时，此时粘成分为 Al(H2P2O7)·2.5H2O 和 AlPO4，表明 DSC 曲线中的放热峰对应的是2P2O7)·2.5H2O 转变为 AlPO4反应的发生，而当温度上升到 300℃时，此时全部为 AlPO4。400℃时，粘结剂主要成分全部转变为 Al(PO3)3，说明在 3时 DSC 曲线对应的反应为 AlPO4转变为 Al(PO3)3。热处理温度为 500℃时相同，粘结剂主要成分也是 Al(PO3)3，当温度达到 600℃时，此时粘结剂

图 3-3 磷酸铝胶粘剂在不同热处理温度下的 XRD 图谱 XRD pattern of aluminum-phosphate binder after heat treatment with different temp验所制备的磷酸铝粘结剂不同温度下的相成分如表 3-1 所示：表 3-1 不同温度热处理后粘结剂化学成分Table 3-1 Chemical compositions of the binder at different temperatures热处理温度（℃） 主要相 第二相200 Al(H2P2O7)·2.5H2O－250 Al(H2P2O7)·2.5H2O AlPO4300 AlPO4－400 Al(PO3)3－500 Al(PO3)3－600 Al2P6O18－磷酸铝粘结剂的固化机理分析
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ630.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐三强;丁春华;汪国庆;姜宏;李江;汪培庆;;MgO@SiO_2固化无机磷酸盐防腐蚀涂层材料的制备与研究[J];腐蚀与防护;2015年10期

2 安涛;文懋;田宏伟;王丽丽;宋立军;郑伟涛;;TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为[J];物理学报;2013年13期

3 董柳杉;罗瑞盈;;耐高温胶黏剂的研究进展[J];炭素技术;2013年03期

4 谷美邦;邢维升;宋振伟;马英华;何遥;;舰船专用涂料概述[J];上海涂料;2013年04期

5 焦方方;陈效华;卢磊;王秀田;严伟;;无机涂料的研究进展[J];新材料产业;2010年06期

6 王志强;胥卫奇;王国志;腾瑞;刘文兴;李洁;;含铝磷酸盐耐高温防腐蚀涂料制备及施工工艺的研究[J];现代涂料与涂装;2010年02期

7 陈孜;张雷;周科朝;;磷酸盐基耐高温无机胶黏剂的研究进展[J];粉末冶金材料科学与工程;2009年02期

8 宋婧;曾令可;陈丙璇;;多孔蓄热材料基体的制备与性能研究[J];材料导报;2008年04期

9 胡涛;石莹莹;周云;蒯海伟;;重防腐涂料的应用研究[J];现代涂料与涂装;2008年01期

10 付前刚,李贺军,黄剑锋,史小红,史波,李克智;炭/炭复合材料磷酸盐涂层的抗氧化性能研究[J];材料保护;2005年03期

相关硕士学位论文 前6条

1 徐三强;常温自固化无机磷酸盐防腐蚀涂层的制备及性能研究[D];海南大学;2015年

2 黄建波;磷酸盐无机粘结剂及其应用研究[D];湖北工业大学;2014年

3 赵强;磷酸盐涂层材料的改性和应用研究[D];天津大学;2009年

4 田华;硅溶胶的制备及其铝改性的研究[D];武汉理工大学;2008年

5 王锋;磷酸铝系透波复合材料的制备技术[D];武汉理工大学;2006年

6 刘文超;磷酸盐结合剂及金属基高温耐磨陶瓷涂层的制备与性能的研究[D];湖南大学;2001年

本文编号：2640737