“纳米氧化物浓缩浆与纳米复合涂料”荣获2006年度国家技术发明奖二等奖

中国科学院金属研究所韩恩厚研究员承担的“纳米氧化物浓缩浆与纳米复合涂料”日前荣获国家技术发明奖二等奖。     

纳米二氧化钛硅烷接枝密度对水性环氧涂层耐蚀性能的影响

目的研究水性环氧/硅烷化纳米TiO2复合防护涂层在3.5%NaCl溶液中的失效规律和防腐性能。方法采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)化学接枝改性纳米TiO2颗粒,将硅烷改性纳米TiO2均匀分散在水性环氧涂料中,并把混合涂料涂覆在Q235钢试样上。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和热重分析仪(TGA)测试纳米TiO2表面化学接枝改性情况,采用电化学工作站测试复合涂层的电化学性能,采用激光共聚焦显微镜观察复合膜层的表面形貌。结果使用质量分数10%APTES改性纳米TiO2,单齿螺旋结构占有的比例更高;使用质量分数20%APTES改性纳米TiO2,具有最高的接枝密度,为11.78 APTES/nm^2。电化学测试结果显示,环氧/TiO2复合涂层比纯环氧涂层具有更好的耐蚀性能,其中加入质量分数20%APTES改性纳米TiO2的环氧/TiO2复合涂层对基体的保护性能最好,其涂层电阻是纯环氧涂层的12倍,电荷转移电阻是纯环氧涂层的18倍。在相同的腐蚀条件下,单齿螺旋结构更容易被破坏。加入硅烷纳米TiO2颗粒后,可以显著减少涂层表面尖峰状突起和孔洞。结论纳米TiO2的APTES接枝分子密度,是水性环氧/硅烷化纳米TiO2复合防护涂层耐腐蚀性能提高的直接原因。     

纳米填料对环氧涂料防腐耐磨性能影响的研究

环氧树脂由于其本身的附着力强,耐化学药品性和耐磨性也很好,所以被广泛应用于防腐涂料上.但是由于其自身脆性等缺点,在使用中通常需要时其进行改性处理.其中,各种纳米粉体对环氧树脂的改性得到了广泛的关注,对于提高环氧涂料的耐腐蚀性和耐磨性等性能发挥了重要作用.主要综述了纳米粉体在提高环氧树脂涂料的防腐性和耐磨性等方面的研究进展,介绍了纳米粉体分散改性的先进方法和表征手段,对纳米填料应用于重防腐耐磨环氧涂料的发展进行了展望.     

纳米复合海洋涂料在船舶防腐蚀应用研究

主要研究纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆对海洋环氧涂料和聚氨酯涂料性能的影响。通过盐雾试验、氙灯老化试验、人工海洋加速老化试验研究海洋腐蚀环境中纳米复合涂料的耐腐蚀性和抗老化性。通过三步法制备高稳定分散的纳米氧化物浓缩浆,并利用纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆改性海洋船舶环氧底漆和聚氨漆酯船壳漆,制备海洋纳米复合涂料。利用 TEM透射电镜、 FTIR红外光谱、 XPS光电子能谱、光泽度仪、表面接触角测试仪和粘结强度测试仪等研究海洋船舶漆的耐腐蚀性、抗老化性及表面防污性能。纳米二氧化硅浓缩浆的红外光谱分析和粘度测试及纳米氧化锌浓缩浆的透射电镜观察表明高分子分散剂的长碳链位阻效应保证了纳米粒子的均匀稳定分散。不含有纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度是4.4 MPa,而含有1.0％纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度增加到5.6 MPa。通过氙灯老化试验测试涂层的光泽度变化,纳米复合聚氨漆酯漆的光泽度高于不含纳米氧化锌的普通聚氨漆酯漆光泽度。聚氨漆酯漆在海洋循环加速老化试验后 C/O值减少20.1％,而含有1.2％纳米氧化锌浓缩浆的纳米复合聚氨漆酯漆老化后 C/O 值仅减少10.7％,抗氧化性提高。通过对海洋加速循环老化试验中纳米复合聚氨漆酯漆的测试分析表明1.2％纳米氧化锌浓缩浆提高了海洋船舶聚氨酯面漆的抗老化性和表面接触角。纳米浓缩浆可增强纳米复合涂料在海洋重腐蚀环境中耐腐蚀、抗老化等性能。     

纳米二氧化钛对环氧树脂涂层的性能影响

本文采用纳米二氧化钛(TiO2)作为增强材料对环氧树脂进行改性,通过三辊研磨分散制备了纳米TiO2/环氧树脂涂层,研究了纳米TiO2含量对涂层硬度、附着力、柔韧性、冲击性能和耐磨性的影响。结果表明,随着纳米TiO2的适量加入,环氧树脂涂层的各项物理性能得到很大改善,当纳米TiO2的加入量为4wt.%时,达到最佳值。     

玻璃鳞片对环氧涂料抗阴极剥离性能的影响

测试了玻璃鳞片的添加对环氧涂料抗阴极剥离性能的影响。发现,添加玻璃鳞片的环氧涂料具有较好的抗阴极剥离性能。对其机理进行了一定的探讨。     

纳米复合氟碳涂料的性能研究

利用紫外线老化试验、电化学交流阻抗试验和盐雾试验对普通氟碳涂层和纳米复合氟碳涂层的性能进行了对比研究.结果表明，与普通氟碳涂层相比，纳米复合氟碳涂层的耐紫外老化性能良好，其色差值ΔE可降低23%；纳米复合氟碳涂层体系的电阻值提高一个数量级以上；耐盐雾腐蚀性能有显著改善.      

硼源浓度对纳米金刚石薄膜掺硼的影响

目的研究纳米金刚石薄膜生长掺硼的内在机理,实现对该过程的精确控制。方法采用微波等离子体化学气相沉积法,以氢气稀释的乙硼烷为硼源,进行纳米金刚石薄膜的生长过程掺硼实验,研究硼源浓度对掺硼纳米金刚石薄膜晶粒尺寸、表面粗糙度、表面电阻和表面硼原子浓度的影响。结果随着硼源浓度的增加,纳米金刚石薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸增大,表面电阻则先下降,而后趋于平衡。结论纳米金刚石薄膜掺硼后,表面电导性能可获得改善,表面粗糙度和晶粒尺寸则会增大。在700℃条件下掺硼15 min,最佳的硼源浓度(以硼烷占总气体流量的百分比计)为0.02%。     

聚苯胺对环氧涂层防腐蚀性能的影响

制备了本征态聚苯胺在涂层中质量分数分别为0%、1.5%、3%、5%、7%、10%的聚苯胺/环氧防腐蚀涂层,通过Tafel极化曲线和电化学阻抗谱测试对比了其在35%NaCl溶液中的腐蚀性能,结果表明,聚苯胺含量对涂层的防腐蚀性能有较大影响:涂层中聚苯胺含量较小时,随着其在涂层中含量的增加,涂层的腐蚀电位相应提高,而随着聚苯胺含量的进一步增加,涂层的防腐蚀效果开始下降.涂层中聚苯胺质量分数含量为5%时,涂层具有最佳的防腐蚀性能.     

硼含量对Ti-B-N纳米复合涂层显微结构与性能的影响

将硼加入Ti－N涂层,使用活化离子镀制备出了硼含量为（5～16）at％的Ti－B－N涂层,并着重研究了硼含量对Ti－B－N涂层结构与性能的影响。EPMA与AES分析表明,Ti－B－N涂层元素Ti、B、N在涂层内分布均匀,但在膜／基界面处有一界面扩散区。TEM显微分析表明,Ti－B－N涂层为致密微细的纳米晶多相复合结构,晶粒度不超过50nm。XRD与XPS综合分析表明,Ti－B－N涂层主要由面心立方TIN、简单正交TiB、立方BN与简单六方Ti－B－N相组成,且随着硼含量的增加,含硼相含量增加。Ti－B－N涂层的硬度、韧性与附着强度等力学性能比相应的Ti－N涂层要好得多,且其沉积温度更低。     

添加纳米TiO2的Ni-P化学复合镀层显微结构与性能

采用化学复合镀法制备了Ni-P-纳米TiO2复合镀层,研究了纳米TiO2添加对Ni-P复合镀层的显微结构、硬度、耐磨性、孔隙率及耐蚀性的影响,并讨论了其影响机理。结果表明:纳米TiO2粒子较为均匀地分布在Ni基镀层,未发生明显团聚;纳米TiO2粒子的弥散强化作用,使复合镀层具有较高的表面硬度和良好的耐摩擦性能,晶化热处理后的复合镀层表面硬度达到了10 925 MPa,耐摩擦性能也显著提高。添加纳米TiO2粒子后,镀层的孔隙率增加,耐碱和耐盐腐蚀的能力稍有降低,耐HCl溶液腐蚀的能力较差。     

热处理温度对Ni-W-P/TiO2复合镀层微观结构及性能的影响

采用化学镀的方法在2024铝合金表面制备了Ni-W-P/TiO₂复合镀层,基于差示扫描量热法(DSC)结果,确定了复合镀层热处理温度范围为350~550℃。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度测试仪、滑动磨损试验机和电化学工作站等研究了热处理温度对Ni-W-P/TiO₂复合镀层的形貌、组织结构、耐磨性与耐蚀性的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,Ni-W-P/TiO₂复合镀层表面变得平整且致密,但热处理温度超过450℃时,镀层表面晶粒变得粗大;截面形貌观察发现,复合镀层与基体结合良好,无明显裂纹;随着热处理温度升高,Ni-W-P/TiO₂复合镀层由非晶态结构向晶态结构转变,在450℃热处理后镀层析出Ni₃P相,此时镀层的显微硬度最大(849.1 HV0.1),平均摩擦系数最小(0.069),磨损速率最低(0.138 mg/min);在400℃热处理后镀层的耐蚀性最好,高于400℃热处理后,镀层的耐蚀性有所下降。     

SiC微粒对电沉积Ni-W-P-SiC复合镀层性能的影响

利用复合电沉积方法制备出Ni-W-P-SiC复合镀层,采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）与能谱分析（EDS）等方法,研究了不同SiC微粒添加量对Ni-W-P-SiC复合镀层组织形貌、耐磨性和耐蚀性能的影响。结果表明：当SiC添加量为60 g.L-1时,复合镀层的显微硬度和耐磨性最好,同时镀层的耐蚀性能也达到最佳。     

石墨环氧抗静电涂料在高硫原油中的电性能和耐蚀性

针对高硫原油腐蚀严重的实际,选用环氧树脂为成膜物,填充石墨制备抗静电耐蚀涂料。采用静态浸渍法研究了石墨含量和硫浓度对涂料导电性、耐蚀性的影响。结果表明,室温下,在环氧树脂中添加35%的石墨制成的涂料可达到抗静电和耐蚀的要求;当温度为50~70℃时,石墨加入量为45%时耐蚀性较好。原油中硫含量变化对涂料耐蚀性影响较小。     

酸碱腐蚀对多孔TiO2薄膜透光率的影响

配制了含不同分子量聚乙二醇的TiO2溶胶，采用浸渍提拉法在普通载玻片上制备了单、双层多孔TiO2薄膜。用CA—A型接触角测量仪、SEM和UV／vis等研究了薄膜亲水性的变化、表面形貌以及酸碱腐蚀前后的光学特性。结果表明，所制备的薄膜表面呈微孔结构，可较长时间保持亲水性，具有较好的透光性，层数对透光率基本没有影响。经pH=3和pH=13的溶液浸泡60h，薄膜的透光率未发生变化，薄膜具有良好的耐酸碱腐蚀性。     

Preparation and Properties of Electroless Plating Wear- resistant and Antifriction Composite Coatings Ni-P-SiC- WS2

在金属表面制备高硬度、耐磨损且摩擦系数低的功能涂层,可以有效减少摩擦功耗、延长机械设备的使用寿命。采用化学复合镀的方法,在不锈钢基质上实现Ni-P-Si C-WS2镀层的镀覆,并对镀层的表面形貌、微观结构、成分、硬度、耐蚀性和摩擦学性能等进行了测试和分析。结果表明:Ni-P-Si C-WS2镀层表面平整致密,Si C和WS2嵌入在涂层中,且均匀分布。由于硬质粒子的弥散强化机制和软质粒子的润滑作用,与同等试验条件下的Ni-P基其它复合镀层Ni-P-Si C和Ni-P-Si C-Mo S2相比,Ni-P-Si C-WS2的显微硬度、腐蚀性能、耐磨性及自润滑性能都得到了很大的提高。     

TiO2涂层耐蚀性能研究

用溶胶－凝胶法在碳钢表面制备TiO2涂层。用正交设计法对水解反应温度、涂覆次数、热处理温度和时间等4因素进行了优化，并考察了上述4 因素对涂层在10％H2SO4介质中的耐蚀性能的影响。     

纳米TiO2颗粒对Ni-W-P合金镀层性能的影响

目的 探究纳米TiO₂颗粒对Ni-W-P镀层组织结构、耐蚀性与耐磨性能的影响,提高2024铝合金管材的耐蚀性。方法 使用化学镀的方法在2024铝合金表面制备了Ni-W-P/TiO₂纳米复合镀层,通过SEM、EDS、XRD表征了镀层的表面形貌、表面元素分布以及镀层物相。对比了传统Ni-W-P镀层与所制备Ni-W-P/TiO₂纳米复合镀层的显微硬度与耐磨性。结果 加入纳米TiO₂颗粒后,镀层表面变得更加致密,晶粒得到细化。EDS结果表明,纳米TiO₂颗粒在镀层中分布均匀。物相分析表明,镀层为晶态结构,加入纳米TiO₂颗粒后,镀层平均晶粒尺寸为9.706 nm,比Ni-W-P镀层的晶粒尺寸减小了0.612 nm。失重试验表明,Ni-W-P/TiO₂纳米复合镀层在Cl^–为2×10⁵ mg/L的地层水中具有较强的耐蚀性,腐蚀速率为0.1062 g/（m²·h）,与Ni-W-P镀层...     

微通道内TiN、TiO_2涂层的制备及抑焦效果研究

为了缓解换热通道壁面金属催化结焦,在温度为800℃,时间为2 h条件下,实现了内径为2 mm,长度700 mm的304不锈钢管道内表面Ti N涂层的化学气相沉积(CVD);进一步,在700℃的氧化气氛中,将Ti N涂层氧化得到Ti O2涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线谱(EDS)和X射线衍射(XRD)仪等分别检测了涂层的形貌、元素组成和晶型结构。检测结果表明,CVD法制备的Ti N、Ti O2涂层表面均匀完整,粒子结合紧密,其组成基本符合化学计量比;其中Ti N为立方晶相结构,Ti O2为金红石相结构。以某种碳氢燃料A为原料采用自制的超临界裂解装置对Ti N、Ti O2涂层的抑制结焦效果进行了初步评价。结果表明,与304空白管相比,Ti N涂层管和Ti O2涂层管高温稳定运行时间明显延长,其中Ti N涂层管抑焦效果更加显著。     

CeO2对Zn-Ni/CeO2复合镀层的影响

采用电沉积方法,通过向镀液中加入不同粒径的CeO2颗粒,制得Zn-Ni/微米CeO2复合镀层和Zn-Ni/纳米CeO2复合镀层,研究了CeO2粒子的大小和加入量对镀层微观形貌、相组成、CeO2在镀层中的复合量以及镀层耐蚀性的影响.结果表明:大量加入CeO2,可使镀层呈现块状的“饼干”结构,并能提高镀层的耐蚀性,此外还可以抑制Ni的沉积,加入10 g/L纳米CeO2时,镀层的合金相主要为Ni2Zn11相,其它Zn-Ni合金相则较少;相比之下,在提高镀层CeO2复合量方面,微米级CeO2效果较好,在提高镀层耐蚀性方面,纳米级CeO2的效果较好.