LY12铝合金表面有机-无机杂化膜的防腐性能研究

以乙烯基三甲氧基硅烷(VMS)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPMS)和γ-环氧丙基醚基三甲氧基硅烷(GPMS)三种硅烷偶联剂为前驱体,制备了正硅酸乙酯(TEOS)改性的有机-无机杂化膜.采用动电位极化曲线测试了膜层的防腐性能,考察了TEOS含量对其的影响.以腐蚀电流为指标,比较了三种体系杂化膜的防腐能力.利用盐雾试验和电子扫描照片研究了杂化膜耐长久腐蚀行为.结果表明,杂化膜的存在有效地抑制了腐蚀反应的发生,VMS和MPMS膜层可使腐蚀电流减小300多倍.当TEOS含量为15%～20%(质量分数,下同)时,膜层的腐蚀电流最小.比较而言,VMS-TEOS膜层的耐蚀能力最强,GPMS-TEOS膜层最差.VMS膜层和VMS 20%TEOS膜层耐盐雾腐蚀的能力最强,总体来说,杂化膜耐长久腐蚀的能力较差.     

γ-(甲基丙烯酰氧)丙基倍半硅氧烷膜性能研究

为了研究γ-(甲基丙烯酰氧)丙基倍半硅氧烷膜(m-M-S)的性能,采用溶胶-凝胶法制备了TEOS改性的倍半硅氧烷膜材料(m-MST),利用扫描探针电镜、扫描电镜、差示扫描量热法、热重分析等技术对m-MST成膜材料的性能进行了表征.研究结果表明,此膜为有机-无机杂化纳米结构薄膜材料,波长345～2500nm范围内膜层的透光率为98%～99%;TEOS含量在20%时,薄膜体系的机械性能和耐腐蚀性性能最佳.     

一种新的制备有机-无机杂化膜的方法——前驱体水解聚合法制备聚偏氟乙烯-硅杂化膜

首次提出一种制备有机-无机杂化膜的新方法,即将正硅酸乙酯(TEOS)直接添加到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,在入水凝胶时,PVDF逐渐固化成膜,而TEOS同时也与水发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物,这就为形成无机高分子与PVDF互穿网络结构或分子链相互缠绕创造了机遇,为制备力学性能优良的聚偏氟乙烯-硅杂化膜提供了可能.实验初步考察了正硅酸乙酯的添加量对聚偏氟乙烯-硅杂化膜的超滤性能和力学性能的影响,对杂化膜进行了能谱分析.结果表明:1)能谱实验证明杂化膜表面有Si元素存在,表明TEOS在凝胶过程中发生水解聚合反应,生成硅氧聚合物留在杂化膜中;2)在无致孔添加剂存在时,随TEOS添加量的增加,杂化膜的纯水通量增大,而对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势;当TEOS含量为8%时,与无TEOS的PVDF膜相比,杂化膜的拉伸强度σt和弹性模量E几乎增加一倍;3)在有致孔添加荆PVP K30和无水LiCl存在时,杂化膜的纯水通量随TEOS添加量的增加呈先升后降然后再上升的趋势,对牛血清蛋白的截留率呈现持续下降的趋势.当TEOS添加量为12%时,与无TEOS的PVDF膜相比,超滤性能相近,但杂化膜的拉伸强度σt和弹性模量E增加近一倍.     

正硅酸乙酯改性的GPMS有机-无机材料研究

为了考察正硅酸乙酯(TEOS)对材料性能的影响，采用溶胶-凝胶法制备了TEOS改性的γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷(GPMs)有机-无机杂化材料，并用浸渍法使其在玻璃基体上成膜，利用红外光谱、核磁共振谱和原子力显微镜对GPMS-TEOS杂化材料的结构进行了表征，采用差热分析仪、纳米硬度测试仪和扫描分光光度计等对其物化性能进行了测试．结果表明，制得的材料具有纳米级倍半硅氧烷结构，TEOS的含量对杂化体系性能有较大影响；当TEOS质量分数为15％～20％时，杂化体系的热稳定性、硬度和模量等性能最佳，并且具有良好的透光性。     

固体含量对PI/SiO2纳米杂化薄膜聚集态结构的影响

以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4'-二氨基二苯醚(ODA)为有机单体,正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体,制备了SiO2含量一定,PAA杂化胶液固体含量不同的PI/SiO2纳米杂化薄膜.利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、广角X射线衍射仪(WAXD)分析了PAA杂化胶液固体含量对PI/SiO2纳米杂化薄膜聚集态结构的影响.研究结果表明,当PAA杂化胶液固体含量为10%～20%时,团聚的SiO2粒子粒径尺寸随固体含量增加而增加,有机相与无机相界面变清晰,两相作用减弱.随固体含量增加,PI分子链有序度降低,但固体含量对PI分子链有序度的影响很小.     

纳米SiO2的加入对PVDF/SiO2超滤膜结构和性能的影响

将普通纳米SiO2、疏水纳米SiO2、亲水纳米SiO2分别加入到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,通过相转化法制得PVDF/SiO2杂化超滤膜,重点探讨了SiO2加入量及上述三种类型纳米SiO2对PVDF杂化超滤膜水通量、截留率和抗污染性能的影响.结果表明:膜的孔隙率、平均孔径、水通量、截留率和抗污染性随SiO2含量增加而先增大后减少;SiO2含量为2%时,膜水通量由大至小为:普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜、亲水纳米SiO2杂化膜,抗污染性由大至小为:亲水纳米SiO2杂化膜、普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜.     

高模量、低热膨胀系数聚酰亚胺杂化薄膜的制备

通过在聚酰胺酸中加入正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂(KH550),制备了不同SiO2含量的PI/SiO2杂化薄膜.采用FTIR、TMA、SEM以及TGA分析了PI/SiO2杂化薄膜的性能和结构.结果表明,TEOS经水解缩合与聚酰亚胺(PI)形成了有机-无机杂化网络结构,SiO2均匀分散在聚酰亚胺基体中;SiO2和偶联剂的引入提高了杂化薄膜的热稳定性;随着SiO2含量的增加,PI/SiO2杂化薄膜的拉伸强度降低,但当SiO2含量达到20%时,弹性模量增大到3.4GPa.     

借助硅气凝胶改善和调控聚丙烯腈热交联膜孔结构及性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶并将其引入聚丙烯腈超滤膜孔道中,经过热交联制得具有丰富海绵状孔结构的TPAN/SiO_2(TPS)杂化膜,考察了TEOS浓度对TPS杂化膜的孔结构和渗透性能的影响.结果表明,TPS杂化膜孔内引入的硅气凝胶限制了膜孔道结构在热交联过程的融并;随着TEOS浓度的增加,TPS杂化膜的平均有效孔径增加,水通量提高,所制备的杂化膜的BSA截留率都在98%以上;同时,杂化膜表现出优异的热稳定性和良好的耐溶剂性.     

乙烯基倍半硅氧烷杂化膜的制备及其光学性能

利用溶胶-凝胶法制备了乙烯基倍半硅氧烷(VS)和TEOS改性的乙烯基倍半硅氧烷(VST),以VS和VST为中间体,制备了杂化膜材料m-VS和m-VST,用红外光谱、扫描探针电镜对杂化材料进行了表征,并通过紫外-可见-近红外分光光度计研究了VS和VST膜材料的光学性能.结果表明:m-VS在波长200～300nm的紫外吸收最大,在400～700nm涂膜玻璃片的透光率可提高到90%以上,TEOS质量分数为20%时,杂化膜的增透作用最大,可用于日光温室的透光材料.     

反相微乳液中纳米SiO_2粒子的合成及其杂化膜的制备和性能表征

在以两亲性三嵌段大分子聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO,F127)为表面活性剂、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为油相介质、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、氨水为水解催化剂的反相微乳液中合成纳米SiO2粒子,进而采用微乳液原位聚合法制备SiO2/PMMA有机-无机杂化膜。利用紫外可见光谱和透射电镜分析反相微乳液中纳米SiO2粒子的形成与形貌。通过聚合过程中体系粘度的变化探讨纳米SiO2粒子对成膜过程的影响。采用扫描电镜表征了SiO2/PMMA杂化膜的结构,结合气体渗透实验考察杂化膜的CO2/N2分离性能。结果表明,在反相微乳液体系中增加TEOS的投加量,有利于更多纳米SiO2粒子的形成,但对原位聚合成膜过程的抑制作用增强。由于两亲性大分子F127的保护作用,原位聚合成膜后纳米SiO2粒子较均匀地分散在杂化膜中。杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性表现出随TEOS投加量的增加先增大后减小的趋势,当TEOS投加量为4.0mL时,制备的SiO2/PMMA杂化膜的CO2渗透系数为1.64×105 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达27.31。     

The Effect of Substrate Pretreatment on PVD TiN Hard Coating Performance

This work comprises a study of the deposition and characterization of TiN coatings of different thicknesses on AISI M2 substrates heat-treated to different hardnesses. The effect of both substrate hardness and coating thickness on coating tribological performance was evaluated. The characterization tests included surface roughness measurement, coating thickness, micro-hardness, scratch adhesion, pin on disc, impact and corrosion tests. New findings on the impact wear behavior of TiN tempered M2 substrates were highlighted. For example, using a thin coating and tempering the substrate at 650^°C to slightly reduce the substrate hardness gave improved impact wear resistance. A maximum surface composite hardness value was obtained at 'full' substrate hardening (i.e. non-tempered) and the maximum TiN coating thickness as expected. The maximum critical load (79.2 N), in scratch adhesion tests was obtained from the fully hardened substrate with minimum TiN coating thickness. The results from corrosion tests show that tempering has an adverse effect on corrosion resistance.     

WC/Co含量对Ni-WC/Co纳米复合镀层摩擦学性能的影响

为了探究Ni-WC/Co纳米复合镀层对材料表面摩擦学性能的影响,采用脉冲电沉积制备出Ni-WC/Co纳米复合镀层,研究镀液中WC/Co含量对复合镀层晶体结构、晶粒尺寸和硬度的影响;室温下,在MM-W1B立式万能摩擦磨损试验机上测试复合镀层的摩擦学性能,分析其磨损机理。结果表明:随着镀液中加入WC/Co颗粒含量的增加,复合镀层平均晶粒尺寸先减小后增大,硬度则是先增大后减小,镀层的摩擦系数和磨损速率都是先降低后升高;当WC/Co含量为30.0 g/L时,复合镀层的平均晶粒尺寸最小,硬度最高,摩擦系数和磨损速率最低,耐磨性能最佳,复合镀层表面只呈现出轻微划痕,是由磨料磨损造成的,没有犁削和黏着磨损的特征。     

基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti薄膜摩擦磨损性能的影响EI北大核心CSCD

为揭示基体表面粗糙度对MoS_(2)/Ti固体润滑薄膜摩擦磨损性能的影响规律,并探究其摩擦磨损机理,采用磁控溅射方法,在不同表面粗糙度的轴承钢基体上沉积MoS_(2)/Ti薄膜。通过划痕测试仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和粗糙度轮廓仪,分别评价MoS_(2)/Ti薄膜的膜基结合力、物相成分、表面微观形貌以及表面粗糙度,并采用球-盘摩擦磨损实验研究干摩擦、固体-油复合润滑和固体-脂复合润滑条件下,MoS_(2)/Ti薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体表面粗糙度的增加,MoS_(2)/Ti薄膜的表面粗糙度逐渐增加;薄膜中(002)_(MoS_(2))和(100)_(MoS_(2))衍射峰的强度先减弱后增加;薄膜与基体的结合性能降低。当基体表面粗糙度为0.01μm时,干摩擦条件下MoS_(2)/Ti薄膜具有良好的润滑特性,平均摩擦因数为0.101,磨痕浅且小;随基体粗糙度的升高,样品的平均摩擦因数和磨损率均是先增大后减小,薄膜的主要磨损机制由磨粒磨损转变为屑片形成和破碎。当基体粗糙度较大时(R_(a)=0.26μm),分子间相互作用的影响大于机械啮合作用。采用固体-油复合润滑,高基体粗糙度的薄膜磨损表面不再出现片层剥落现象,磨痕较浅,平均摩擦因数最高可减小19%。固体-脂复合润滑条件下,样品摩擦磨损性能较差,基体粗糙度对摩擦因数的影响不显著。     

Surface roughness, mechanical and tribological properties of ultrathin tetrahedral amorphous carbon coatings from atomic force measurements

Atomic force microscope (AFM), lateral force microscope and AFM-based scratch and wear testing techniques were used to evaluate and compare the surface roughness, tribological and mechanical properties of thin (2.7-43 nm) tetrahedral amorphous carbon coatings prepared by pulsed cathodic arc discharge. It was found that surface roughness of ultrathin (2-8 nm) coatings was mainly determined by the roughness of the Si substrate and their average density strongly depended on their thickness. Poor friction, mechanical properties of thinner (2.7-15 nm) coatings can be associated with their low average density. The dense coatings (>15 nm) had lower friction coefficient, better scratch and wear resistance properties that were independent of their thickness. It appears that the over 15-nm coatings studied are feasible for some wear-resistant and tribological applications.     

二氧化硅基有机-无机防腐蚀杂化膜的制备及性能

传统的钢铁表面覆膜技术如磷化、铬酸盐钝化等污染严重,硅烷化和有机-无机杂化涂层用于金属预处理则具有耐温、耐腐蚀等优点,又利于环保.以正硅酸乙酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷为原料,采用溶胶.凝胶法制备了SiO2基有机-无机杂化材料.通过红外光谱对不同温度处理的杂化材料进行了分析,以差示扫描量热法研究了杂化材料在不同温度下的吸放热反应,结合对杂化溶胶涂覆于钢铁基体表面形成涂层的塔菲尔曲线分析,对杂化膜的保护性能进行了研究.结果表明:涂层试样在N2气氛下300℃热处理,可以保证涂层中Si-O-Si键等最大程度地键合,并有效保留了有机组分,从而有利于保证杂化材料涂层的完整性,较大地提高了基体钢铁的耐腐蚀性能,可作为金属表面涂装处理工序中良好的中间过渡层.     

镍基MoS_2复合粉末等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能

研究了 4种镍基MoS2 等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能 ,探讨了涂层的结构及磨损面的形貌与涂层的磨损机制之间的关系 ,分析了MoS2 含量和载荷对涂层摩擦磨损的影响。研究表明 ,镍基MoS2 涂层具有很好的自润滑性能 ;MoS2 含量为 2 0 %的Ni/MoS2 涂层的摩擦磨损性能最佳     

无氢DLC涂层的摩擦学性能

为了探究轮胎模具无氢类金刚石(DLC)涂层的摩擦学特性,增强轮胎模具的易脱模、防粘、自清洁性能以及提高轮胎质量与服役寿命,以轮胎模具常用的35钢为基体,利用电弧离子镀在基体试样上制备无氢DLC涂层,对涂层Raman光谱、表面粗糙度、表面微观形貌、纳米硬度、结合力和摩擦系数进行了分析,着重研究涂层摩擦前后表面微观形貌的变化以及摩擦磨损机理。结果表明:通过改变表面粗糙度可以有效降低涂层的摩擦系数,涂层摩擦系数随粗糙度减小而显著降低;在140℃高温条件下,摩擦系数最小低至0.363 4,且涂层纳米硬度可达32.45 GPa,弹性模量高达348.94 GPa。无氢DLC涂层完全满足轮胎模具减摩耐磨和自清洁性的使用要求,为制造高性能轮胎模具提供了一种可行的工艺选择。     

304不锈钢激光原位合成自润滑涂层的宽温域摩擦学性能

由于304不锈钢在中、高温下摩擦学性能较差,制约了其在重要摩擦运动副零部件上的应用。为改善304不锈钢的摩擦学性能,以Ni60粉末为增韧相,WS2为合成润滑相的前驱化合物,TiC为高硬度耐磨相,采用高能激光束在其表面原位合成自润滑耐磨复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机和探针式材料表面磨痕测量仪表征涂层和基体的物相、微观结构、显微硬度与表面形貌,并系统研究涂层和基体在20,300,600,800℃下的摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11,Ti2SC,Fe2C,Cr7C3,CrS和WS2组成;涂层的平均显微硬度(302.0HV0.5)略高于基体(257.2HV0.5),但涂层上部区域的硬度(425.4HV0.5)约为基体的1.65倍;涂层在所有等温摩擦学实验中摩擦因数和磨损率均低于基体,300℃时涂层润滑效果最好,摩擦因数为0.3031,600℃时涂层耐磨效果最好,磨损率为9.699×10^-5 mm^3·N^-1·m^-1。     

纳米颗粒大小对Ni-P合金镀层性能的影响及镀层制备工艺参数优化

为了提高农业刀具的使用寿命,在65Mn钢试件基体表面上,采用电沉积技术制备Ni-P-BN(h)纳米复合镀层,研究不同直径大小的BN(h)颗粒对镀层显微组织、硬度及摩擦磨损性能的影响;并通过正交试验,确定制备复合镀层的最优工艺参数。结果表明:随着BN(h)颗粒直径的增大,复合镀层有晶化的趋势;镀液中加入直径100 nm的BN(h)颗粒所制备的镀层表面胞体均匀致密、硬度最大、耐磨损性能最好;镀层形成过程中,纳米颗粒相互碰撞几率增大,导致晶核分布不均,影响表面质量并且减小耐磨损性能;制备Ni-P-BN(h)纳米复合镀层最优工艺参数为电流密度4.308 A/dm~2,BN(h)浓度15.00 g/L,施镀温度60℃,施镀时间3 h,所得硬度和磨损量分别为621.664 HV_(2N),2.665 8×10~(-3)mm~3,相较于65Mn基体硬度提升了1.2倍,磨损量降低86.5%。     

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_0.5)约为基体(350 HV_0.5)的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_1-x/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^-4,2.92×10^-5mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。