三种导电防腐涂层的耐蚀性能研究

分别制备聚苯胺改性石墨烯、纳米粒子改性石墨烯和石墨/炭黑复合物三种导电防腐涂料,并将其分别涂覆在Q235钢表面制备导电防腐涂层接地材料。采用接触角仪、电化学阻抗谱、Tafel极化曲线和光学显微镜,研究了该上述涂层在酸性土壤模拟液中的腐蚀性能。结果表明:三种导电防腐涂层均具有优良的防腐性能和较大的接触角。纳米粒子改性石墨烯涂层和聚苯胺改性石墨烯涂层防腐效果大于石墨/炭黑复合导电涂层。纳米粒子改性石墨烯涂层和聚苯胺改性石墨烯涂层的保护效率分别高达92.09%和91.44%。     

耐高温导电导热防腐蚀涂料的研制和机理分析

采用聚全氟乙丙烯和聚苯硫醚树脂共混改性,用炭系混合物为导电填料研制耐热、耐腐蚀和导电(导热)涂料.通过研宄导电填料种类、添加量和混合填料的比例对涂层导电性能的影响,确定了涂料的配方:PPS70%;FEP5%;填料25%(石墨:炭黑=3:1)所得涂层的具体技术指标为:导电性能:0.36Ω·m;耐腐蚀性能:能在200℃下耐强酸、强碱和有机溶剂的侵蚀(氧化性酸除外).在相同填料含量下,混合填料的涂层比单一填料涂层导电性能好,其原因是不同空间构型的导电粒子之间配合更有利于在涂层中形成三维导电网络.     

石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中的研究进展

石墨烯及其衍生物对腐蚀介质具有良好的屏蔽性能.石墨烯化学惰性低、物理性质出色,且其衍生物氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点,具有表面官能团丰富、易于改性以及分散性良好的特点,因此在防腐蚀领域中受到越来越多的科研人员关注.综述了石墨烯耐蚀薄膜和石墨烯衍生物耐蚀复合涂层的研究进展.介绍了"自下而上"和"自上而下"两种石墨烯及其衍生物的主要制备方法,并分别介绍了其在防腐蚀领域中的耐蚀性能和耐蚀机理.概述了石墨烯耐蚀薄膜由于自身的结构缺陷和基体的碳溶解度等原因,造成薄膜无法长期提供防腐蚀保护和不能在众多金属表面直接应用的主要问题,并且针对存在的问题归纳和探讨了新型薄膜制备方法、薄膜结构设计和薄膜参数优化3种主要解决方法.整理了石墨烯衍生物纳米填料在防腐蚀领域中的主要应用方式,包括防腐蚀有机涂料、电沉积和水热法等.还阐述了由于石墨烯纳米填料之间的相互作用力和自身疏水性导致其在涂层内部分散性差的问题,并且分别对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯/氧化石墨烯量子点3类纳米填料的优缺点和改性方式进行了综合介绍和分析,探究了纳米填料通过共价结合、静电吸附等改性方式在分散性和疏水性等方面上的提升方法,以及通过锌离子和导电聚合物的电化学保护作用在纳米填料复合涂层长期防腐蚀性能上的改善途径.最后,对石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中仍然存在的问题和发展趋势进行了总结和展望.     

复合填料对提高环氧涂层耐腐蚀性能研究

通过向环氧涂层中添加适量的氧化石墨烯-氟代聚苯胺(GO-PFAN)复合填料，有效提高了环氧涂层在N80钢的耐腐蚀性能，同时考察了复合填料加量对环氧涂层防腐性能的影响。实验结果表明，氧化石墨烯-氟代聚苯胺/环氧复合涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后仍具有较高的阻抗值，其中复合填料添加量为2 wt%的环氧涂层的阻抗值最高，为5.67×10¹⁰Ω·cm²，说明添加了复合填料的环氧涂层具有优异的防腐性能。     

不同导电填料对防静电涂层温度-电阻效应的影响EI北大核心CSCD

箭体外表面防静电涂层通常既需承受一定的温度又需防静电性能,此时涂层的表面电阻率变化规律即温度-电阻效应,对防静电涂层的研制、开发及应用有着重要的意义。以有机硅改性丙烯酸为成膜物,通过选取典型的非金属导电填料—导电炭黑和金属导电填料—镍粉和银粉,制备一系列不同导电填料含量的防静电涂层,研究导电填料的种类和含量对防静电涂层温度电阻效应的影响。研究结果表明:导电填料的种类及含量对防静电涂层的温度-电阻效应影响显著。基于体积膨胀理论,导电炭黑涂层体系随温度升高而体积膨胀,导电网络被阻断,表面电阻率随温度的升高而增大,但其正温度系数(PTC)效应不显著,PTC强度仅为1.24,且导电炭黑含量与其PTC强度呈负相关;镍粉涂层体系的PTC效应显著,PCT强度高达10^(6),且镍粉含量与其PTC强度也呈负相关;银粉涂层体系则在渗流阈值前PTC效应显著,PTC强度为4.58,而渗流阈值后则几乎不表现PTC效应。制备了含导电炭黑和镍粉的复合导电填料涂层体系,其PTC强度较纯镍粉涂层体系大大降低,可为箭体外表面防静电涂料的设计提供新的思路。     

掺杂碳化硅对纳米炭黑导电和吸波性能的影响

在纳米炭黑中添加微米碳化硅制备了一种新型的复合吸收剂,并进行形貌表征、导电性能和微波吸收性能的测试.测试结果表明:加入碳化硅使得炭黑/环氧树脂复合涂层体电阻率和渗流阈值降低;炭黑含量较小时,加入碳化硅能有效提高涂层的反射衰减率.在5%(质量分数,后同)的炭黑中添加50%的碳化硅制备厚度为2 mm的涂层,反射衰减率在7.5～13.5 GHz宽频范围内均优于-10 dB,吸收峰最大值达-40 dB.     

等离子熔覆石墨烯增强镍基碳化物复合涂层研究

利用等离子熔覆技术以石墨烯、C粉、Ti粉、Ni60A粉为原料在35CrMnSi钢基材表面原位合成复合涂层,应用SEM,XRD对涂层的微观组织和物相进行分析,并测试了涂层的显微硬度。结果表明:复合涂层与基体界面无气孔、无裂纹,呈冶金结合;复合涂层组织由TiC,γ-Ni和Cr_(23)C_6组成。石墨烯的加入,使复合涂层的组织得到细化,而显微硬度也发生明显变化。3%石墨烯的复合涂层组织最细,接近等轴晶,颗粒密度最大,涂层的显微硬度达到HV 690。石墨烯的加入提高了复合涂层的性能。     

抗静电耐腐蚀涂层的制备及性能研究

用导电云母替代富锌涂料中的部分锌粉,制备了含不同含量导电云母的抗静电耐腐蚀涂料,涂料经固化形成抗静电耐腐蚀涂层,测试了涂层的力学性能和抗静电性,采用盐雾、浸泡以及电化学等测试方法对涂层耐腐蚀性能进行了评价,并对涂层进行了防腐蚀机理的分析。结果表明:盐雾实验对涂层的抗静电性能影响不大。导电云母添加量为3%时,涂层阴极保护作用提高,并具有最佳的防静电性和防腐蚀性。     

聚苯胺/石墨烯原位复合水性防腐涂料耐蚀性能的研究

目的研究聚苯胺/石墨烯水性防腐涂料的耐蚀性能。方法采用盐酸为掺杂酸,以聚乙烯基呲咯烷酮(PVP-K30)为空间稳定剂,利用原位聚合法,以苯胺和石墨烯为原料,过硫酸铵为氧化剂,制备聚苯胺/石墨烯复合材料。将聚苯胺/石墨烯、纯聚苯胺、石墨烯分别添加到HG-54C乳液中制备水性防腐涂料,利用动电位极化曲线和盐雾试验对比分析聚苯胺/石墨烯、纯聚苯胺、石墨烯水性涂层的防腐性能,再通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对比分析其结构和微观形貌。结果聚苯胺均匀地覆盖在石墨烯的片层结构上形成氧化插层结构。当复合材料浸泡在3.5%Na Cl溶液中,腐蚀电流密度为2.3955×10-7A/cm2。盐雾试验表明,聚苯胺/石墨烯的防腐性能优于添加纯聚苯胺和石墨烯的性能。结论聚苯胺/石墨烯涂层具有良好的耐蚀性能,其耐蚀性能优于纯聚苯胺涂层和石墨烯涂层。     

金属-石墨烯复合涂层研究进展

对石墨烯与各种材料的复合涂层进行了详细的介绍,主要包括金属-石墨烯复合涂层的制备方式、制备工艺、石墨烯的分散性以及石墨烯的添加对涂层性能的影响.电沉积、化学镀和电刷镀等制备方式都可以获得均匀致密的复合涂层,石墨烯的加入细化了涂层的晶粒,使涂层的微观形貌发生了一定的改变.石墨烯作为第二相粒子添加时,机械超声分散效果较差,一般通过添加表面活性剂再配合机械超声分散的方式来分散石墨烯,表面活性剂中的阴离子活性剂与阳离子活性剂配合使用分散效果较好.另外,还有一种保持石墨烯在溶液中浓度动态平衡的方法也有较好的效果.石墨烯作为第二相粒子加入金属涂层中,增强了金属涂层的导热、导电、耐磨、硬度和耐腐蚀等方面性能.最后,分析展望了金属与石墨烯复合涂层的发展趋势.     

Incorporation graphene into sprayed epoxy–polyamide coating on carbon steel: corrosion resistance properties

In this study, the graphene incorporated into epoxy–polyamide coatings were successfully obtained on carbon steel substrates by spraying process. The corrosion resistance properties of the coatings were investigated, including salt spray corrosion, sea water corrosion and electrochemical corrosion resistance. The results show that the addition of graphene could improve the corrosion resistance properties of the epoxy–polyamide coatings. The coatings in the presence of graphene had better salt spray corrosion than that in the absence of graphene. The surface of the epoxy–polyamide coating exhibited lots of pitting corrosion. The coatings with the addition of graphene showed better sea water corrosion than the coating without graphene. After drying, the epoxy–polyamide coating in the absence of graphene was broken and failed. The coating with 1?wt-% graphene exhibited the best anticorrosion capability as evidenced by the highest corrosion potential and the lowest corrosion current density. The graphene incorporated into epoxy–polyamide coatings were shown to effectively protect carbon steel against corrosion because the graphene nanosheets could be acted as the good chloride ions, oxygen and water molecules barrier.     

等离子喷涂制备石墨烯/Al2O3+13%TiO2自润滑涂层及其性能研究

目的研究石墨烯和石墨对大气等离子喷涂制备的Al2O3+13%TiO_2(AT-13)陶瓷涂层力学性能和摩擦学性能的影响,探究作用机理。方法采用大气等离子喷涂制备石墨烯质量分数为1%的石墨烯/AT-13和石墨/AT-13复合陶瓷涂层及纯AT-13涂层,利用洛氏硬度计测试涂层的硬度,并通过压痕周围情况反映涂层的断裂韧性,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦学性能测试,利用扫描电子显微镜观察涂层的微观形貌,并用其自带的能谱仪(EDS)分析元素分布,采用表面轮廓仪测量磨损表面形貌并计算磨损率,用X射线衍射仪分析喷涂前后涂层的物相变化,用拉曼光谱仪对喷涂前后石墨烯的结构变化进行表征。结果石墨烯/AT-13涂层具有良好的力学性能和摩擦学性能,其硬度提升了约10%,同时断裂韧性显著提升,摩擦系数和磨损率最多下降了13%和19%,并且随着载荷的增大,摩擦系数和磨损率呈下降趋势。石墨/AT-13涂层的硬度增加了约30%,但是断裂韧性显著降低,摩擦学性能的提升比较有限。石墨烯和石墨的加入都会改变AT-13涂层的物相组成和微观结构,复合涂层中Al2O3相增多,Al2Ti O5相则相对减少,同时复合涂层拥有更加致密的微观结构。此外拉曼光谱显示,经历热喷涂后,涂层中能够观察到石墨烯特征峰的存在,但是其结构发生了一定程度的氧化破坏。结论石墨烯可以显著提升AT-13涂层的摩擦学性能和力学性能。     

石墨烯对聚氨酯/Al复合涂层光泽度及红外发射率性能的影响

目的在不明显升高聚氨酯(PU)/Al复合涂层红外发射率的前提下,明显降低涂层的光泽度,获得低光泽与低发射率兼容的功能涂层。方法采用石墨烯改性PU/Al复合涂层,系统研究石墨烯改性对涂层的微结构、光泽度、红外发射率及力学性能的影响规律,并对其成因进行分析探讨。结果当石墨烯添加量(占Al粉质量的百分比)小于6%时,石墨烯改性可明显降低涂层的光泽度,且对涂层发射率的影响不明显。当石墨烯添加量为4%时,可使涂层同时具备低光泽与低发射率性能,其值分别为11.0和0.245。涂层的力学性能对石墨烯改性并不敏感,改性前后涂层的硬度、附着力和耐冲击强度分别可达到3H,1级和50kg·cm。结论石墨烯改性可明显降低PU/Al复合涂层的光泽度。当石墨烯添加量合适时,可使涂层同时具备低光泽与低发射率性能,从而实现涂层的红外与可见光兼容隐身。     

碳靶电流对掺铬类石墨镀层结构和性能的影响研究

目的采用物理气相沉积磁控溅射方法,通过控制碳靶电流改变掺铬类石墨镀层的碳含量,在高速钢基体上制备不同厚度的掺铬类石墨镀层,以探究碳含量对掺铬类石墨镀层结构和性能的影响。方法采用压痕法和划痕法对镀层的膜基结合强度进行评价。采用维氏显微硬度计对镀层的硬度进行分析。采用ST-2258A四探针测试仪测量镀层的电导率。使用扫描电子显微镜对镀层的微观结构进行分析。使用摩擦磨损仪对镀层的摩擦学性能进行探究。结果随着碳靶电流的增加,掺铬类石墨镀层的截面柱状化现象越来越明显,表面团簇颗粒直径越来越大。碳靶电流为1 A时,镀层的截面形貌为细晶团簇结构;碳靶电流为3 A时,镀层截面产生柱状结构。镀层的复合硬度随着镀层碳靶电流的增加逐渐增大,在碳靶电流为3 A时,镀层的维氏硬度最大,为436HV。随着碳靶电流增加,镀层电导率逐渐上升。结论随着碳靶电流的增大,镀层致密度逐渐下降,镀层的电导率逐渐增加,镀层的摩擦系数逐渐减小,适当的碳靶电流能使类石墨镀层在功能化与力学性能上达到最佳效果。     

石墨烯纳米碎片(Gnps)复合涂层的制备及其耐蚀性

以高级工程塑料聚醚酰亚胺(PEI)为基料制备了石墨烯纳米碎片(Gnps)复合防腐蚀涂料。采用光学照相机和接触角测定仪表征了涂层的物理性能。采用扫描电镜(SEM)观察复合涂层的表面形貌,采用能谱分析Gnps在复合涂层中的分布情况。利用浸泡试验和电化学技术研究了含不同量Gnps的PEI基复合防腐蚀涂层对Q235B钢在3.5%NaCl(质量分数)溶液中耐蚀性的影响。结果表明:加入Gnps能明显改善PEI基防腐蚀涂层的耐蚀性,当Gnps的质量分数为1%时,涂层的耐蚀性最好。     

Characterization of Thermal,Mechanical and Tribological Properties of Fluoropolymer Composite Coatings

Perfluoroalkoxy (PFA) is a potential polymer coating material for low-temperature waste heat recovery in heat exchangers. Nonetheless, poor thermal conductivity, low strength and susceptibility to surface degradation by erosion/wear pose restrictions in its application. In this study, four types of fillers, namely graphite, silicon carbide, alumina and boron nitride, were introduced to enhance the thermal, mechanical and tribological properties in PFA coatings. The thermal diffusivity and specific heat capacity of the composites (reinforced with 20 wt.% filler) were also measured using laser flash and differential scanning calorimetry techniques, respectively. The results indicated that the addition of graphite or boron nitride increased the thermal conductivity of PFA by at least 2.8 orders of magnitude, while the composites with the same weight fraction of alumina or silicon carbide showed 20-80% rise in thermal conductivity. The micromechanical deformation and tribological behavior of composite coatings, electrostatically sprayed on steel substrates, were investigated by means of instrumented indentation and scratch tests. The deformation response and friction characteristics were investigated, and the failure mechanisms were identified. Surface hardness, roughness and structure of fillers influenced the sliding performance of the composite coatings. PFA coatings filled with Al₂O₃ or SiC particles showed high load-bearing capacity under sliding conditions. Conversely, BN- and graphite-filled PFA coatings exhibited lower interfacial adhesion to steel substrate and were prone to failure at relatively lower applied loads.     

超疏水复合涂层的机械性能研究进展

超疏水表面具有杰出的防润湿特性,在防水、防污、防冰、自清洁等众多领域均具有极高的应用价值.超疏水复合涂层具有适用基材广泛、易加工施涂、成本低廉等诸多优势,是当下极具实用化前景的超疏水表面构建技术,然而涂层普遍较差的机械性能极大地限制了其在生活中的实际应用.总结并对比了超疏水表面的构建方法,简要介绍了影响超疏水涂层机械性能的条件和机制,综述了近年来国内外科研工作者在提升超疏水复合涂层机械性能方面取得的进展.重点关注了提升高分子材料与微纳米级颗粒物填料间的结合性及二者的固有机械性能,优化涂层表面微纳米形貌,引入自修复表面机制等技术手段.主要介绍了可提升涂层机械性能的新型高分子材料及微纳米颗粒物填料,以及可优化涂层表面形貌、增强涂层材料间结合的新型施涂工艺.最后,对研究中普遍存在的问题进行了总结,并对具有优异机械性能的超疏水复合涂层材料的发展趋势进行了展望.     

低共熔溶剂中电化学剥离制备GO及脉冲电沉积Ni-GO复合镀层性能研究

目的在低共熔溶剂中实现电化学剥离制备氧化石墨烯(GO)及电沉积制备Ni-GO复合镀层,提高Ni镀层的耐腐蚀和摩擦磨损性能。方法以石墨棒为阴极,铂片为阳极,低共熔溶剂为电解液,采用直流电源电化学剥离石墨制备氧化石墨烯纳米片(GO),然后在此电解液中,采用脉冲电沉积的方式制备Ni-GO复合镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子电镜(TEM)、紫外分光光度计(UV)、红外光谱仪(IR)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD),表征GO的结构和组成。采用扫描电子显微镜(SEM)观察镀层的表面形貌,采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)分析镀层的结构特征。采用电化学工作站、纳米压痕仪和摩擦磨损实验机分析镀层的耐腐蚀性能、机械性能和摩擦磨损性能。结果采用电化学剥离法在低共熔溶剂中成功制备了GO,GO呈现大的片层状结构,表面存在褶皱,边缘弯曲,上下表面层含有大量羟基和环氧基。性能检测表明,Ni-GO复合镀层的腐蚀电流密度由纯Ni镀层的6.10×10^-5 A/cm^2降低为5.78×10^-7 A/cm^2,硬度由纯Ni镀层的(8.95±0.43)GPa提高到(13.75±0.75)GPa,弹性模量由纯Ni镀层的(184.55±8.12)GPa提高到(201.38±11.20)GPa,摩擦系数由纯Ni镀层的0.72降低为0.56,磨损率比纯Ni镀层降低了35.16%。结论在低共熔溶剂中实现了电化学剥离石墨制备GO,并用于Ni-GO金属基复合镀层一步制备的电化学途径,为均匀分散的氧化石墨烯的制备和金属基复合镀层的制备提供了新的方法。以此为电解液制备的Ni-GO复合镀层相比于纯Ni镀层,其晶粒细化,耐腐蚀性能增强,机械性能提高,摩擦系数减小,耐磨性能增强。     

Influence of expandable graphite on fire resistance and water resistance of flame-retardant coatings

Expandable graphite (EG) coating and ammonium polyphosphate-pentaerythritol-melamine (APP-PER-MEL) coating were prepared. Thermal degradation and char formation of the coatings were investigated by differential thermal analysis (DTA), thermogravimetry (TG), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results have shown that the anti-oxidation and fire-resistant properties of expandable graphite coating containing EG with size of 74 μm are better than those of APP-PER-MEL coating. The static immersion test was applied to study water resistance of the coatings, and the fire protection test and mechanical test were used to analyse heat insulation and mechanical properties of coatings before and after water immersion. The fire-resistant and mechanical properties of APP-PER-MEL coating were severely damaged by water immersion, whereas EG coating containing 8.5% EG with size of 74 μm could retain the good fire resistance even after 500 h water immersion.