填充纳米氧化铝对氢化丁腈橡胶摩擦磨损行为的影响

以采油单螺杆泵定子常用材料氢化丁腈橡胶(HNBR)为研究对象,改性纳米氧化铝(Al_2O_3)为填充剂,实验研究了填充不同粒径氧化铝对橡胶材料的交联密度、耐原油溶胀性能和摩擦磨损性能的影响,并分析了Al_2O_3对HNBR材料的补强机理。结果表明,填充纳米氧化铝的HNBR材料的交联密度、耐原油溶胀性能均有所提高,且交联密度和耐原油溶胀性能随Al_2O_3粒径的减小而提高;摩擦磨损试验结果表明,填充纳米氧化铝后,HNBR材料的摩擦系数和体积磨损率降低,且摩擦系数和体积磨损率随着填充Al_2O_3粒径的减小而减小,即填充10 nm Al_2O_3的HNBR材料耐磨性较好。纳米氧化铝补强HNBR机理是填充Al_2O_3后形成了以Al_2O_3为交联点的交联网络以及Al_2O_3表面的不饱和基团自聚后形成的大分子链与HNBR分子链互穿缠绕形成类似互穿聚合物的网络结构。     

超疏水复合涂层的制备和性能研究

采用大气等离子喷涂工艺(APS)制备了双层Al_2O_3/PTFE复合涂层和单层Al_2O_3-PTFE复合涂层两种涂层结构体系的疏水复合涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、3D表面形貌仪、显微硬度计、接触角测试仪和摩擦磨损试验机分别表征了复合涂层的微观形貌、相组成、粗糙度、硬度、疏水性能以及耐磨性能。评价复合涂层的性能并进而研究了Al_2O_3陶瓷作为粘结层和硬质颗粒填充相以及工艺参数对复合涂层的疏水性能和耐磨性能的影响。结果表明:无论Al_2O_3陶瓷作为粘结层还是硬质填充相添加到涂层中,都显著提高了单一PTFE涂层的摩擦学性能。Al_2O_3-PTFE复合涂层的耐磨性能优于Al_2O_3/PTFE复合涂层,两复合涂层的磨损率和摩擦系数依次为2.84×10~(-5)mm~3/N·m、9.97×10~(-5)mm~3/N·m和0.51、0.38;复合涂层的表面都具有良好的疏水性能,与水的静态接触角分别为155.4°和148.9°。良好的疏水性能源于表面粗糙的微纳米级突起结构和表面存在密集分布的低表面能氟化物的协同作用。进行摩擦磨损试验后表面的突起结构受到一定的破坏,涂层的疏水性能有所下降,但是Al_2O_3/PTFE复合涂层仍然具有超疏水性。     

N_2∶O_2流量比对多弧离子镀Cr-O-N复合涂层结构及性能的影响

目前,关于N_2∶O_2流量比如何影响Cr-O-N涂层结构和性能的报道较少。采用多弧离子镀技术在硅片(100)和硬质合金基底上沉积了一系列不同N_2∶O_2流量比的Cr-O-N复合涂层;采用X射线衍射仪分析涂层晶体结构;采用共聚焦显微拉曼光谱仪分析薄膜氧化物相结构;采用扫描电镜观察涂层形貌,并通过能谱仪分析其成分;利用原子力显微镜观察涂层表面三维形貌;采用显微硬度仪测量涂层硬度;通过球-盘摩擦磨损仪测量涂层摩擦磨损性能,系统地研究了O_2流量占比对复合涂层结构和性能的影响。结果表明:Cr-O-N复合涂层由CrN和Cr_2O_3复合相组成;随着沉积过程中O_2流量占比的增加,涂层中N和Cr的含量呈下降趋势,而Cr_2O_3含量逐渐增加;随着O_2流量占比的增加,涂层表面形貌发生变化,涂层表面粗糙度在氧气占比为0.34时达到最大值85.86 nm,此时涂层具有最低的摩擦系数0.48;Cr-O-N涂层的硬度高于CrN和Cr_2O_3涂层,摩擦系数比CrN涂层高,但低于Cr_2O_3涂层。     

氧化铝粉体表面纳米化修饰及其在耐磨涂层中的应用

在低温条件(80℃)下,以钛酸丁酯为原料,利用胶溶–回流法在氧化铝粉体表面制备了纳米TiO2颗粒.通过扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱仪、BET等检测手段对复合颗粒的表面形貌、包覆层相组成、比表面积等进行了表征.结果表明,纳米TiO2颗粒在微粉表面形成纳米薄膜修饰层,包覆层主要为锐钛矿型相,表面纳米化修饰后氧化铝粉体表面的粗糙度显著增加,比表面积较包覆前提高了30倍以上.将经表面纳米化修饰后的微粉应用于以有机硅改性环氧树脂为基体的耐磨涂层中,其磨损失重仅为包覆前复合耐磨涂层的55%,耐磨性显著提高,并初步讨论了复合耐磨涂层的摩擦磨损性能.     

纳米Al_2O_3溶胶复合水性聚苯胺环氧树脂涂层的制备及性能EI北大核心CSCD

以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)为改性剂,对纳米氧化铝溶胶进行改性处理,随后将其分散于聚苯胺/水性环氧树脂中,再经固化剂固化,制成纳米氧化铝溶胶复合涂层。利用电化学交流阻抗、动电位极化曲线等手段分别对水性环氧涂层(epoxy)、纳米氧化铝溶胶改性水性环氧涂层(Al_2O_3/epoxy)、聚苯胺复合水性环氧涂层(PANI/epoxy)以及纳米氧化铝溶胶复合聚苯胺/水性环氧涂层(Al_2O_3/PANI/epoxy)的耐腐蚀性能和力学性能进行了研究。结果表明,Al_2O_3/PANI/epoxy涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡15 d后的交流阻抗值为2.87×10~7Ω·cm^2,比epoxy涂层提高了3个数量级,防腐能力最强。该涂层的附着力为0级,硬度为6H,均高于其他涂层。另外,Al_2O_3/PANI/epoxy涂层的SEM照片显示,纳米Al_2O_3粒子与聚苯胺及环氧树脂粘连紧密,无明显的团聚。并发现在涂层与金属界面间出现了致密钝化层。     

真空烧结纳米La_2O_3掺杂MoSi_2复合涂层的高温摩擦学性能

采用高温真空烧结法在高速钢基体表面上制备了纳米氧化镧掺杂二硅化钼基复合涂层;考察了温度(200~800℃)、纳米La_2O_3含量(1%、3%和5%)(质量比)对MoSi_2基复合涂层高温摩擦学性能的影响规律;采用X射线衍射表征了MoSi_2基复合涂层高温摩擦磨损前后的微结构,探讨了复合涂层的高温摩擦磨损机理。研究结果表明纳米La_2O_3掺杂MoSi_2基复合材料摩擦学性能在低温(200℃)和高温(800℃)下纳米La_2O_3含量为3%时较好,摩擦系数为0.1。通过引入纳米La_2O_3可有效地改善Mo Si2的高温摩擦学性能,其磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损。     

纳米Al_2O_3溶胶复合水性聚苯胺环氧树脂涂层的制备及性能

以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)为改性剂,对纳米氧化铝溶胶进行改性处理,随后将其分散于聚苯胺/水性环氧树脂中,再经固化剂固化,制成纳米氧化铝溶胶复合涂层。利用电化学交流阻抗、动电位极化曲线等手段分别对水性环氧涂层(epoxy)、纳米氧化铝溶胶改性水性环氧涂层(Al_2O_3/epoxy)、聚苯胺复合水性环氧涂层(PANI/epoxy)以及纳米氧化铝溶胶复合聚苯胺/水性环氧涂层(Al_2O_3/PANI/epoxy)的耐腐蚀性能和力学性能进行了研究。结果表明,Al_2O_3/PANI/epoxy涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡15 d后的交流阻抗值为2.87×10~7Ω·cm~2,比epoxy涂层提高了3个数量级,防腐能力最强。该涂层的附着力为0级,硬度为6H,均高于其他涂层。另外,Al_2O_3/PANI/epoxy涂层的SEM照片显示,纳米Al_2O_3粒子与聚苯胺及环氧树脂粘连紧密,无明显的团聚。并发现在涂层与金属界面间出现了致密钝化层。     

太阳能吸收AAO复合氧化膜的制备与性能

通过阳极氧化技术制备高度有序的多孔阳极氧化铝(AAO),交流扩孔后,在不同条件下向氧化铝孔内以50Hz的交流频率沉积Cu-Ni纳米复合粒子。经光谱测试分析可知:在电压12V、时间600s、温度25℃条件下制备的涂层具有良好的太阳光吸收性能,吸收率为0.91、发射率为0.18、品质因子为4.9。经SEM,XRD分析可知,复合氧化膜涂层表面得到CuAl_2O_4/Cu-Ni复合纳米棒阵列。目标涂层经600℃高温处理后,吸收率、发射率波动很小,涂层体系的热稳定性得到提高。其中,CuAl_2O_4的存在限制高温环境下Cu,Ni金属颗粒在界面处的扩散,减小氧化概率。     

Ni-Co-P-BN(h)-Al2O3二元纳米复合镀层表面组织结构及耐磨性研究

为改善材料表面耐磨性能,采用电沉积法在不同纳米颗粒质量浓度及其混杂配比下制备了Ni-Co-P-BN(h)、Ni-Co-P-Al_2O_3和Ni-Co-P-BN(h)-Al_2O_3的3种纳米复合镀层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损仪及激光共聚焦显微镜,对镀层的表面组织结构与耐磨性能进行了研究.结果表明:不同纳米颗粒质量浓度及其混杂配比对纳米复合镀层表面组织结构有重要影响,纳米复合镀层表面呈现出典型的包状结构,混杂配比后出现明显纳米Al_2O_3的衍射峰;与Ni-Co-P-BN(h)和Ni-Co-P-Al_2O_3镀层相比,Ni-Co-P-BN(h)-Al_2O_3二元纳米复合镀层的平均显微硬度更大,达到753.6 HV_(0.2);摩擦磨损试验中对摩件是直径4 mm的GCr15合金球,在施加载荷3.2 N、转速500 r/min、摩擦时间30 min的磨损条件下,二元纳米复合镀层磨损量最小为9.2 mg/h.纳米BN(h)和Al_2O_3在电沉积加工过程中充分发挥了二元纳米粒子协同生长的优势,使得Ni-Co-P-BN(h)-Al_2O_3二元纳米复合镀层具有更好的耐磨性能.     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2-ZrO_2涂层及其耐磨损性能

采用液相喷雾造粒法将准微米Al_2O_3,TiO_2,纳米ZrO2颗粒团聚成微米粉体,并用等离子喷涂技术制备了含纳米颗粒的Al_2O_3-TiO_2-ZrO_2陶瓷涂层.在MM200型环块磨损试验机上进行了常温干摩擦试验,比较了含有纳米颗粒的Al_2O_3-TiO_2-ZrO_2涂层和传统Al_2O_3-TiO_2陶瓷涂层的耐磨损性能,并用扫描电镜观察磨损后的磨痕形貌.结果表明,含有纳米颗粒的涂层耐磨损性能明显优于传统的陶瓷涂层.     

纳米氧化铝颗粒对高性能环氧树脂玻璃化转变温度的影响

采用机械分散工艺制备了Al2O3/环氧复合材料,研究了颗粒含量和颗粒表面改性对复合材料玻璃化转变温度(Tg)的影响规律。结果表明:微米颗粒的加入并未改变环氧树脂的Tg,而纳米颗粒的加入则产生了较大影响。当未表面改性的Al2O3纳米颗粒含量超过10%(质量分数,下同)时,复合材料的Tg开始下降;纳米颗粒含量为18%时,相比纯树脂体系,复合材料的Tg下降了约25℃。经过辛基硅烷表面改性的纳米Al2O3颗粒与树脂的相容性得到改善,对体系的增黏效果减小,复合材料的Tg降低幅度较小。     

氧化铝-氧化锆纳米复合颗粒的表征

在水、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚(Triton X-100)、正丁醇、环己烷组成的微乳液体系中,制备并表征了氧化铝—氧化锆纳米复合颗粒。分别用透射电镜、X射线衍射、红外以及热分析表征60℃真空干燥和500℃热处理后的粉末,表明60℃真空干燥后,粉末以无定形为主;500℃时粉末粒径为5nm左右,主要是t-ZrO_2,Al_2O_3以固熔体形式存在。     

等离子喷涂Al_2O_3-30%TiO_2微米/纳米复合涂层的结构与耐磨性能

采用溶胶-凝胶法合成了不同粒径的Al2O3-30%(质量分数)TiO2纳米复合粉体,用喷雾干燥法对合成粉体进行喷雾造粒,造粒后的粉体通过等离子喷涂制备Al2O3/TiO2复合涂层,最后对涂层结构和性能进行了表征。涂层结构和形貌分析表明制备的涂层具有微米/纳米复合结构,初始粉体粒径对涂层的结构和致密度影响很小;涂层摩擦学性能测试表明复合涂层的磨损率随初始粉体粒径的增大而减小,初始粉体粒径为100nm左右时,复合涂层的磨损率最低。复合涂层的磨损机制为裂纹扩展导致的磨损剥落。     

纳米Al_2O_3颗粒在电刷镀液中的状态及对共沉积的影响

利用高能机械球磨法制备Ni-Co基纳米Al_2O_3复合电刷镀液,分析纳米颗粒在镀液中的存在状态和对镀液电化学响应的影响;采用粒径分析仪和红外光谱仪测试镀液中纳米颗粒的粒径分布和吸附特性,利用电化学工作站测试纳米复合镀液的阴极极化曲线和循环伏安响应。结果表明:镀液中纳米颗粒的粒径分布在100 nm左右,纳米颗粒表面吸附多种带电离子和官能团,表面电位为负,使镀液的极化负移和响应电流降低,纳米颗粒的以上特征有利于纳米颗粒和镍钴合金的共沉积。     

月桂酸/十四醇纳米复合相变材料的制备及性能研究

选择月桂酸(LA)-十四醇(TD)复合相变材料作为基材,分别以Al_2O_3、Fe_2O_3和CuO纳米颗粒作为添加剂,SDBS为分散剂,制备了LA-TD纳米复合相变材料。从分散剂添加量、超声分散时间、纳米颗粒添加种类和质量分数方面研究了Al_2O_3、Fe_2O_3和CuO 3种纳米复合相变材料的最佳制备条件。在最佳制备条件下,利用导热系数测定仪和DSC测试确定了3种纳米复合相变材料的导热系数、相变温度及相变潜热,并对复合相变材料进行了降温步冷和升温融化实验,研究了纳米颗粒对复合相变材料吸/放热速率的影响。最终确认Fe_2O_3纳米颗粒对LA-TD复合相变材料的传热强化效果最好,1%Fe_2O_3含量的LA-TD纳米复合相变材料的导热系数为0.3319 W/(m·K),较LA-TD纯相变材料提高了36.88%,其相变温度和相变潜热分别为24.76℃和112.61 J/g。纳米颗粒的添加提高了复合相变材料的放热速率,从50～15℃的凝固时间较LA-TD纯相变材料缩短了260 s(7.22%),但纳米颗粒的添加增加了流体粘度,不利于相变融化过程的自然对流。300次的融化/凝固热循环实验表明LA-TD/Fe_2O_3纳米复合材料具有良好的热稳定性。     

等离子喷涂含金刚石微粉的Cr_2O_3涂层干摩擦磨损性能研究

用等离子喷涂方法分别制备纯Cr_2O_3以及添加金刚石微粉的Cr_2O_3/C复合涂层,并比较分析了复合涂层的微观结构、力学和摩擦学性能。采用光学显微镜和扫描电镜分析涂层微观结构;用阿基米德原理计算涂层致密度;用高速线性往复磨损试验测试了涂层的磨损性能。结果表明,添加粒度为10μm金刚石微粉后的Cr_2O_3喷涂层的密度、硬度和耐磨性均有提高,其中含10%金刚石微粉的涂层磨损性能最佳,摩擦系数最小为0.06,磨损率最低,仅为9×10-16m3/N·m;适量添加金刚石能够提高Cr_2O_3涂层的摩擦磨损性能;涂层磨损机制是轻微磨粒磨损机制并伴有物质转移。     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

镁合金微弧氧化电解液中纳米SiC添加量对膜组织结构和摩擦磨损性能的影响

为了改善镁合金微弧氧化膜的性能,在Na₂SiO₃-NaAlO₂复合电解液中添加不同含量的纳米SiC对AM50镁合金进行微弧氧化。利用膜层测厚仪、共聚焦激光显微镜（CLSM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪分别研究膜的厚度、表面粗糙度、微观形貌和元素分布,采用摩擦磨损试验机对镁合金微弧氧化前后的干滑动磨损行为进行了研究,测量摩擦系数和磨损速率,运用SEM和CLSM对磨损后的形貌进行观察,并用能谱仪分析成分。结果表明:随电解液中纳米SiC含量的增加,微弧氧化膜的厚度和表面粗糙度均增大,颜色加深,膜层的摩擦系数和磨损速率均呈现先减小后增大的趋势;当SiC含量为6g/L时氧化膜的摩擦系数最小、磨损速率最低,耐磨性能较好。     

纳米TiO2/聚氨酯复合涂层的光催化活性研究

用纳米二氧化钛浓缩浆制成了纳米TiO2／聚氨酯复合涂料。纳米TiO2／聚氨酯复合涂层的TEM观察和光催化实验表明,这种复合涂层中的纳米粒子分散均匀,无团聚体,并且具有良好的光催化活性。随着颜基比的增大,复合涂层的反应速率常数增大,光催化活性提高。在二氧化钛粒径不大于250nm时,复合涂层的反应速率常数和光催化活性在二氧化钛粒径为100nm处有一最大值。