纳米耐磨复合涂层研究进展

纳米耐磨复合涂层是在纳米聚合物复合材料基础上发展起来的一种新型涂层。文中重点介绍了纳米材料减摩抗磨机理,概述了纳米粒子对耐磨复合材料的影响因素、纳米耐磨涂层的制备方法及应用,指出了纳米耐磨复合涂层存在的问题和发展方向。     

机械表面纳米复合耐磨涂层的发展

纳米硬颗粒材料是晶粒及晶界等显微结构达到纳米级尺度的超细化材料，用其制得的复合涂层其硬度、耐磨性、电阻率等性能有很大的提高，在提高机械设备的使用率上起到越来越重要的作用。     

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.     

Ni-Cr-C复合耐磨涂层的研究

以Ni-Cr-C混合合金粉末为添加原料,采用等离子熔覆技术,在普通机械制造用钢Q235表面形成了以初生块状金属陶瓷Cr7C3为硬质耐磨增强相,以强韧性良好的γ/Cr7C3共晶为基体的复合材料冶金涂层,分析了涂层的显微组织和硬度,在室温干滑动磨损条件下测试了其耐磨性.结果表明:涂层组织致密,硬度较高,与基体之间为完全的冶金结合,在干滑动磨损条件下具有良好的耐磨性.同时,讨论了复合涂层耐磨损的4种原因.     

聚碳酸酯透明材料表面耐磨涂层的纳米力学性能和耐磨性研究

利用纳米压痕和划痕技术对不同纳米硅溶胶含量的两种有机硅耐磨涂层的表面与体相的纳米力学性能和耐磨性分别进行了对比实验研究。结果表明:纳米硅溶胶会增加涂层Si-O-Si网络结构的刚性,提高涂层的力学性能和耐磨性,并且涂层近表面区的硬度、模量以及耐磨性明显优于体相的性质。     

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。     

双辉等离子涂层对机械曲轴耐磨耐蚀性能的影响

采用双辉等离子技术在机械曲轴表面制备了SiC/Ta复合涂层,研究了合成温度对复合涂层显微形貌、物相组成、耐磨和耐腐蚀性能的影响。结果表明,当合成温度从750上升至900℃时,复合涂层表面形貌由花纹状逐渐演变成细小颗粒团簇状,截面形貌中可见不同合成温度下复合涂层厚度和内部质量存在一定差异,不同合成温度的复合涂层中都出现了SiC、Ta、Ta₂C和TaC衍射峰。机械曲轴基体的摩擦系数都高于不同合成温度下的复合涂层,合成温度800℃时复合涂层的摩擦系数最小且最为稳定;随着合成温度升高,磨痕深度、磨痕宽度、磨损体积和比磨损率都呈现先减小后增大的特征,在合成温度为800℃时磨损体积和比磨损率最小;极化曲线和电化学阻抗谱测试结果保持一致,即复合涂层的耐蚀性能都优于基体,且合成温度为800℃时复合涂层的耐蚀性能最好;机械曲轴表面适宜的复合涂层合成温度为800℃,此时复合涂层具有最佳的耐蚀和耐磨性能。     

偏压和氮气流量对Ni+CrAlYSiN纳米复合涂层性能的影响

采用真空电弧蒸镀技术在高温合金K417上制备Ni+CrAlYSiN纳米复合涂层,用SEM,EDX,TEM等手段表征了复合涂层的形貌、成分和结构,研究了基体负偏压和氮气流量对涂层的形貌、结构、成分和性能的影响。结果表明,涂层主要由γ-Ni,fcc-AlN和fcc-CrN纳米晶组成;基体偏压由-100V增至-300 V,熔滴的尺寸和数量均减小,涂层中的晶粒尺寸由50 nm减小为30 nm。随着偏压的增大,涂层中N含量下降,Ni含量增加,Cr和Al的含量先增加后减少;涂层的沉积速率下降。随着氮气流量的增加,涂层中的N含量增加,Ni、Cr和Al含量下降;涂层的沉积速率先增加后减小。偏压为-300V、氮气流量为225 mL·min^-1时,涂层的硬度达最大值（9.80 GPa）,比NiCrAlYSi涂层的硬度提高约60%,而耐磨性提高约30%。     

云母粉含量对环氧丙烯酸酯复合涂层性能的影响

常规光固化涂料性能上存在一些不足,为此,制备了环氧丙烯酸酯-云母粉复合涂料,采用紫外光固化对复合涂层的硬度、耐冲击性、附着力、耐腐性性及热稳定性等性能进行了表征,找出了云母粉时复合涂层性能的影响规律.结果表明:涂层的硬度、耐冲击性及附着力先随云母粉添加量的增加而提高,添加量为10%时,涂层附着力达1级,涂层铅笔硬度达6...     

纳米金刚石复合涂层技术实现产业化应用

近日，由上海交通大学承担的863纳米材料专项课题“纳米金刚石复合涂层的应用与产业化”通过了专家验收，该课题成功开发出了纳米金刚石复合涂层技术并实现了产品的产业化。该课题采用化学气相沉积法（CVD），在硬质合金拉拔模具内孔和其他耐磨器件表面涂覆纳米金刚石复合涂层，研究得到了制备纳米金刚石涂层的成熟工艺，完成了纳米涂层结构和性能检测工作，利用纳米金刚石复合涂层技术研究开发出多种涂层拉拔模具和耐磨器件产品，     

纳米TiO2/醇酸复合涂层的耐腐蚀性能研究

采用盐雾试验和电化学交流阻抗技术,研究了纳米TiO2对钢板涂层耐腐蚀性能的影响,并通过扫描电镜观察了纳米TiO2复合涂层断面形貌.研究表明,纳米TiO2复合涂层的耐腐蚀性能均优于未添加纳米TiO2涂层,当纳米TiO2添加量为1.5%(质量分数)时,涂层耐盐雾时间由420h提高到710h,涂层阻抗值也由107Ω·cm2增加至109Ω·cm2.从涂层断面观察发现,纳米TiO2添加量为1.5%(质量分数)时,颗粒较均匀分散,粘接紧密,形成较为致密的纳米复合涂层.     

钴基合金-碳化钨复合涂层耐磨抗蚀性能研究

采用真空熔烧法制得钴基合金-碳化钨复合涂层.应用盘销式摩擦磨损试验机对不同碳化钨含量的复合涂层和淬火态45#钢进行了磨损试验.借助自设计振动装置,在10%HCl溶液及10%NaOH溶液中进行了室温全浸泡振动腐蚀试验.试验结果表明,复合涂层的耐磨性显著高于淬火钢,且其耐磨性随碳化钨含量的增加而提高,复合涂层在腐蚀液中耐蚀性也远高于45#钢.     

我国纳米金刚石复合涂层实现产业化

由上海交通大学承担的863纳米材料专项课题“纳米金刚石复合涂层的应用与产业化”超额完成了合同规定的指标并实现产品的产业化。该课题采用化学气相沉积法（cvd）,在硬质合金拉拔模具内孔和其他耐磨器件表面涂覆纳米金刚石复合涂层,研究得到了制备纳米金刚石涂层的成熟工艺,完成了纳米涂层结构和性能检测工作,利用纳米金刚石复合涂层技术研究开发出各种涂层拉拔模具和耐磨器件产品,     

纳米Al_2O_3增强杂化环氧复合涂层的制备与性能

采用正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为水解前驱体,γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)为偶联剂,利用溶胶-凝胶法合成了有机-无机杂化环氧树脂,研究了纳米Al2O3对复合涂层性能的影响规律。结果表明,复合涂层的力学性能和耐腐蚀性能优于未添加纳米Al2O3的涂层。当添加15%的纳米Al2O3时,涂层硬度由4H提高到6H,耐盐雾时间从360h增加到620h。电化学分析显示,腐蚀电流密度由1.53×10-6 A/cm2下降到5.07×10-8 A/cm2,阻抗值从5.0×105Ψ·cm2增加至6.3×106Ψ·cm2。涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡30d后,阻抗均保持在105Ψ·cm2以上。SEM分析表明,纳米Al2O3显著增强了涂层的致密性。     

PVP调控的纳米复合氧化铝涂层性能研究

利用聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)添加到勃姆石溶胶/纳米α-Al2O3粒子体系中形成纳米复合浆料,采用旋涂、热处理的过程制备出具有一定厚度的Al2O3绝缘涂层,结果表明:PVP的添加能改变复合浆料中纳米α-Al2O3粒子的分散稳定性,进而调节涂层的结构以及电性能.当PVP与勃姆石溶胶中[Al3 ]之间的物质的量比xPVP=1.2左右时,涂层介电击穿强度达到最大值～67kV/mm.由于纳米α-Al2O3粒子的引入,空间电荷极化成为涂层内部主要极化机制.     

热喷涂乙烯-丙烯酸共聚物／纳米SiO2复合涂层工艺及性能

采用火焰喷涂法制备了乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)/纳米SiO2复合涂层,并利用电子拉力机、紫外老化箱、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)等手段对涂层的力学、老化及热性能等进行了分析.结果表明,在适当的喷涂工艺条件下,物料在火焰喷涂过程中没有发生氧化或降解;纳米SiO2的加入能明显提高涂层的力学及抗老化性能.当纳米SiO2质量分数为1.0%时,复合涂层综合性能最佳,涂层的自拉伸强度为33.87 MPa;经紫外老化260 h后,复合涂层强度保持率为72.3%;DSC分析表明,纳米SiO2有明显的成核剂作用,能提高复合涂层的结晶度,加快复合涂层的结晶速度.     

材料表面摩擦学设计新方法——纳米结构耐磨涂层的组装

总结了组装纳米耐磨结构涂层的产生背景、材料学基础、意义及国内外研究现状，介绍了间接法组装纳米结构耐磨涂层所需纳米结构喂料的组成、构筑方法和加工步骤，综述了直接法和间接法组装纳米结构耐磨涂层的技术路线及工艺条件，并首次提出了将纳米低维材料的制备与纳米喂料的构筑有机的结合在一起的研究思想，进而设计了固相反应构筑法、液相反应原位喷雾干燥法等加工纳米结构喂料的新方法。     

火焰喷涂尼龙/纳米TiO2复合涂层性能的研究

为了探讨纳米TiO2对火焰喷涂尼龙1010涂层力学及抗老化性能的影响,利用电子拉力机对火焰喷涂尼龙1010/纳米TiO2复合涂层的力学性能及耐老化性能进行了测试.结果表明,当复合涂层配比为m(PA1010):m(n-TiO2)=100.0:0.5时,复合涂层综合性能较佳,涂层自拉伸强度为43.10 MPa,涂层与基体结合强度为40.23 MPa;涂层经240 h紫外线老化后,强度保持率分别为97.0%和87.2%.纳米TiO2能够显著提高涂层力学性能和抗老化性能.     

硼化钛耐磨涂层对织物性能的影响

硼化钛具有较高的硬度和良好的耐磨性,而有机硅树脂的成膜性、疏水性、光泽性、耐刮擦性以及耐腐蚀性能皆优异。将硼化钛与有机硅树脂混合制成耐磨涂层,浸渍、喷涂于棉织物及涤纶织物表面,测试其一系列物理力学性能。实验结果表明,硼化钛可以显著提高棉织物和涤纶织物的耐磨性能;有机硅树脂含量的增加直接影响涂层织物耐磨性能的提高,涂层织物拉伸断裂强力的提高以及涂层织物疏水性能的提高;当有机硅树脂质量分数低于50%时,涤纶织物的耐磨性能远高于棉织物,当有机硅树脂质量分数高于75%时,棉织物的耐磨性能高于涤纶织物;有机硅树脂质量分数为75%的涂层棉织物疏水性能最优,水接触角达到143.4°;有机硅树脂质量分数为100%的涂层涤纶织物疏水性能最优,水接触角达到152.1°。     

我国纳米金刚石复合涂层技术实现产业化

由上海交通大学承担的863纳米材料专项课题“纳米金刚石复合涂层的应用与产业化”超额完成了合同规定的指标并实现产品的产业化。该课题采用化学气相沉积法（cvd）,在硬质合金拉拔模具内孔和其他耐磨器件表面涂覆纳米金刚石复合涂层,研究得到了制备纳米金刚石涂层的成熟工艺,完成了纳米涂层结构和性能检测工作,利用纳米金刚石复合涂层技术研究开发出各种涂层拉拔模具和耐磨器件产品,解决了涂层附着力、均匀涂覆和涂层表面光洁度等关键技术问题,产品技术性能达到了国际先进水平,已经广泛应用于电力、通讯、建材、机械加工等行业所需的拉拔模具和耐磨器件,具有广阔的市场应用前景。