有机硅自润滑组分对自抛光涂层防污、减阻性能的影响

目的 制备一种兼具海洋防污和流体减阻功能的绿色海洋装备防护涂层。方法 将长链线型有机硅自润滑组分化学键合到自抛光黏结树脂中,与一定的无机填料复配,通过喷涂的方法制备了具有自润滑特性的自抛光防污减阻涂层。通过铅笔硬度测试、抗冲击测试、划格法附着力测试、涂层柔韧性测试、三维轮廓测试、表面接触角表征和固–液摩擦测试,分别评价了涂层的硬度、抗冲击性、附着力、黏弹性、表面粗糙度、表面润湿性能和自润滑特性,并通过抗蛋白和海藻黏附、海洋挂片试验和旋转流变仪分别表征了涂层的防污、流体减阻性能。结果 随着涂层黏结树脂中有机硅自润滑组分含量增多,涂层的硬度由2H变为4B,结合力由0级变为2级,涂层的抗冲击性能略有下降,接触角由65°上升至92°,涂层的表面粗糙度均小于500nm,但涂层的自润滑性质、防污性能和减阻性能却不断增强,摩擦因数（干磨）由0.119下降为0.075。当有机硅质量分数超过20%时,涂层的防海藻黏附效率达到97%,减阻率达到10%以上。海洋挂片进一步证明涂层具有优异的综合防护性能。结论 长链线型有机硅虽然一定程度上降低了涂层的硬度和附着力,但由于其特殊的性质,可在满足实际工况需求的前提...     

水性UV聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅复合材料的制备及涂膜性能

目的 制备光固化水性聚氨酯改性丙烯酸酯/二氧化硅（WPUA/SiO2）复合材料,提高水性光固化聚合物材料的涂膜性能。方法 制备含双键官能化的二氧化硅纳米粒子,将其引入到制备的可光固化聚氨酯改性丙烯酸酯乳液体系中,制备水性UV固化WPUA/SiO2复合乳液,研究复合材料制备方法,分析体系中官能化二氧化硅纳米粒子的分散稳定性及其对涂膜形貌、透光性、硬度等性能的影响。结果 由于WPUA和官能化二氧化硅纳米粒子均含有C==C,所制备的WPUA/SiO2复合材料可以用UV光进行固化,官能化二氧化硅纳米颗粒由于表面存在有机分子链,与水性聚氨酯改性丙烯酸酯相容性提高,使得二氧化硅纳米颗粒掺杂量达到10％（质量分数）时可存储稳定性达30天以上。固化后涂层的透光性和力学性能明显提升,涂层铅笔硬度达到3H,粘附性为1级,抗冲击强度大于50 kg?cm。结论 制备的WPUA/SiO2复合体系具有良好的稳定性,改性纳米粒子的掺杂对水性UV固化聚氨酯改性丙烯酸酯的力学性能有明显改善,且可提高复合涂层的透光性。     

纳米钛基杂化材料对水性环氧涂层组织结构和耐蚀性能的影响

目的 研究不同纳米钛基杂化材料含量对水性环氧树脂涂层组织结构和耐腐蚀性能的影响。方法 以纳米钛基杂化材料为填料,采用物理共混法对水性环氧涂料进行改进,通过铅笔硬度测试、十字划格附着力测试、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、电化学测试以及盐雾试验等方法对涂层的力学性能、微观形貌、组织结构及耐蚀性能进行检测。结果 随着纳米钛基杂化材料含量的增加,涂层硬度逐渐上升,由HB变为3H,并且涂层的附着力保持为0级,同时涂层的防腐性能随纳米钛基杂化材料含量的增加先增强后减弱。当纳米钛基杂化材料质量分数为10%时,涂层最为致密,涂层的腐蚀电位最高,为-1.024 9 V,腐蚀电流密度最小,为8.09×10^-8A/cm²,涂层低频部分的阻抗模值最大,为7.6×10⁵?·cm²,较纯水性环氧树脂涂层提升了3倍,并且在60d的盐雾试验后涂层表面状况最佳,表现出良好的防腐性能。结论 纳米钛基杂化材料可以明显改善环氧树脂乳胶颗粒团聚的现象,提升涂层的致密性,增加涂层的铅笔硬度,增强涂层的防腐性能。     

双辉等离子渗钽对TiAlN/Ta复合涂层结构和性能的影响

采用Ta层作为过渡层,通过双辉等离子渗金属（DGPSA）与射频磁控溅射（RFMS）辅助直流脉冲磁控溅射技术（DCPMS）制备TiAlN/Ta复合涂层。借助掠入射XRD、SEM、AFM、纳米压痕、划痕以及摩擦磨损测试了不同工艺制备的Ta过渡层对复合涂层的相结构、表面（截面）形貌、硬度、结合力、韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlN复合涂层在高偏压作用下结构致密,RFMS技术制备的Ta过渡层为柱状晶结构,复合涂层表面粗糙度较小,硬度较大而磨损稳定性和耐磨性较差;而DGPSA技术制备的Ta过渡层为纳米晶结构,复合涂层表面粗糙度较大,硬度降低但磨损稳定性与耐磨性都增强。对比发现,通过DGPSA技术制备Ta过渡层使得TiAlN/Ta复合涂层的结合力与韧性大幅度提高。     

SiO2 对镁合金阴极电泳涂层耐磨性的影响

目的提高镁合金有机涂层的耐磨性能。方法用KH450硅烷改性Si O2粉体,并充分分散于电泳漆中。用KH460硅烷预处理镁合金表面,并阴极电泳复合涂层。通过铅笔硬度测试、摩擦磨损实验、画圈附着力测试、NMP(N甲基吡咯烷酮)试验和Machu试验,分别评价阴极电泳涂层的硬度、耐磨性能、附着力、抗NMP溶胀性能和耐蚀性,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果在镁合金用KH460预处理的前提下,添加Si O2粉体使涂层硬度由4H上升为5H,同时也提高了涂层的耐蚀性,并且涂层的附着力保持为1级,抗NMP溶胀性能仍120 h。在预处理镁合金基体上制得的原漆涂层和添加纳米Si O2的涂层耐磨性较好,磨痕深度与涂层厚度的比值分别为0.47和0.475,摩擦系数均低于0.4;在未预处理镁合金基体上制备的原漆涂层和在预处理镁合金基体上制备的添加微米Si O2的涂层耐磨性较差,磨痕深度与涂层厚度的比值分别为0.665和0.673,摩擦系数均大于0.7。四种涂层磨损破坏的机制主要为疲劳破坏。结论 Si O2粉体的加入可以有效提高涂层的耐蚀性和铅笔硬度,同时不降低涂层的附着力和抗NMP溶胀性能。用硅烷对镁合金进行预处理,向电泳漆中添加硅烷处理的纳米Si O2,可有效提高阴极电泳涂层的耐磨性。     

仿生协同防污涂层的制备及性能

目的 将低表面能、仿生、纳米粒子防污技术相结合,制备出具有仿生协同效应的海洋防污涂层.方法 利用光刻法加工出带有负向形貌的硅板,以低表面能材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,加入纳米ZnO、仿渗型防污剂苯基甲基硅油(PSO)以及固化剂、分散剂等助剂,经固化倒模,得到表面具有微米级织构的仿生协同效应的海洋防污涂层.通过扫描电子显微镜、X射线能谱仪分析观察涂层的表面形貌及元素分布.通过立体显微镜、红外分光测油仪观察并测定涂层中PSO的渗出速率.通过拉伸试验研究涂层的力学性能.通过接触角测试和硬度测试研究涂层的表观性能.通过抗菌实验研究涂层的防污性能.结果 涂层表面具有规则且完整的微米级织构,由于PSO和纳米ZnO的添加,涂层的疏水性能和力学性能显著提升,10％ZnO含量的涂层具有最佳的力学性能和防污剂释放速率.表面具有圆柱形织构的协同防污涂层的抗细菌粘附效果最好,其细菌粘附率减少了90％.结论 该仿生协同防污涂层相比单一原理防污涂层具有更为优异的防污效果,通过纳米ZnO的加入调控了防污剂PSO的渗出速率,延长了涂层的使用期效,且不会对环境产生污染,具有良好的发展前景.     

活性Ti表面电沉积Ni-CeO_2复合镀层及其强韧性机理分析

基于双脉冲电沉积技术在活性钛基(TA2)表面制备纳米晶Ni镀层。通过涂层附着力测试对比研究HF体系和DMF改良型活化液对TA2基体与表面镀层界面结合力的影响;借助TEM、FESEM和XRD等表征技术探讨添加纳米CeO_2粒子前后对纳米电沉积层中Ni晶织构生长的影响;通过对纳米压痕及不同载荷下"十字交叉"型环形硬度压痕特征观察,分析复合CeO_2粒子对Ni镀层表面强韧性的影响机制;进一步探讨在高速干摩擦条件下复合CeO_2粒子对Ni镀层抗磨损的作用。结果表明:在45+80 k Hz交变频率超声振荡条件下,电解液中的活性CeO_2粒子能有效吸附在优先生长Ni晶尖端,同时降低了Ni晶生长Gibbs自由能,并演变为Ni晶的催化形核中心来诱发异质形核;纳米压痕测试表明:在500 g高载荷测试条件下,相对于纯Ni镀层试样的硬度压痕边缘的明显开裂和外拓迹象,Ni-CeO_2复合镀层试样则表现为收敛性和连续完整的压痕边缘特征,显示出良好的强韧性。基于干摩擦过程中释放出大量的热,促使部分稀土CeO_2相弥散或少量析出Ce溶质原子,具有对滑移的位错和晶界等缺陷产生钉扎拖拽作用,由此建立以Orowan位错绕过强化和位错塞积的机制模型;干摩擦过程促使部分富Ce磨损产物与Ni O氧化膜机械混合来充当固体润滑剂,能起到良好的减摩作用,弥补了Ti表面耐磨性差等缺陷。     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm.经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541 μm.涂层表面Ti/Al原子比约为0.9.涂层表面显微硬度HV0.025为23.5 GPa.由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样.     

不同PVD技术沉积TiN涂层的形貌和力学性能研究（英文）

采用阴极弧沉积、中频磁控溅射及二者的复合技术在GCr15基底上制备了TiN涂层。通过扫描电镜、XRD谱、微米划痕测试、硬度测试以及摩擦磨损测试对涂层的组织结构和力学性能进行了表征及对比。结果表明,采用复合磁控阴极弧技术制备的TiN涂层具有较好的综合性能,如较光滑的表面、较高的结合力和硬度,故磨损率较低。     

不同PVD技术沉积TiN涂层的形貌和力学性能研究

本文采用阴极弧沉积、中频磁控溅射及二者的复合技术在GCr15基底上制备了TiN涂层。通过扫描电镜、XRD谱、微米划痕测试、硬度测试以及摩擦磨损测试对涂层的组织结构和力学性能进行了表征及对比。结构表明,采用复合磁控阴极弧技术制备的TiN涂层具有较好的综合性能,如较光滑的表面、较高的结合力和硬度,故磨损率较低。     

Effects of TaN nanoparticles on microstructure,mechanical properties and tribological performance of PEEK coating prepared by electrophoretic deposition

In order to solve the friction, wear and lubrication problems of titanium, a series of TaN/ployether- ether-ketone (PEEK) coatings were developed by electrophoretic deposition, and the effects of TaN nanoparticles on the microstructure, mechanical properties and tribological performance of coatings were explored. Results manifest that the introduction of TaN nanoparticles into PEEK coatings could improve the deposition efficiency, enhance the resistant deform capacity, increase the hardness, elastic modulus and adhesive bonding strength. Compared with the pure PEEK coating, the friction coefficient of P-TN-3 was greatly reduced by 31.25%. The wear resistance of P-TN-3 was also improved in huge boost, and its specific wear rate was decreased from 9.42×10^-5 to 1.62×10^-5 mm³·N^-1·m^-1. The homogeneous composite TaN/PEEK coatings prepared by electrophoretic deposition were well-adhered to the titanium alloy substrate, TaN nanoparticles could improve the strength of PEEK coating, and provide wear-resistance protection for titanium alloys.     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

钛合金表面反应电火花沉积TiN/Ti复合涂层

利用自制的电火花沉积充气密闭式保护装置和DZ-1400型电火花沉积/堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在TC4钛合金表面上反应电火花沉积制备了TiN/Ti复合涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子仪(XPS)分析了涂层的组织、物相和元素组成,利用显微硬度计测定了涂层的显微硬度,利用自制磨损试验装置对比涂层与淬火W18Cr4V高速钢的磨损性能.结果表明,涂层与基体形成良好的冶金结合,涂层主要由钛和反应合成的TiN组成,涂层的平均显微硬度可达1 388 HV0.1,是基体硬度的6倍以上,涂层具有较好的耐磨性.

Abstract：

TiN/Ti composite coating was deposited on TC4 titanium alloy substrate with the self-made special gas-filled-closed electric-spark deposition device and electric-spark deposition machine modeled DZ-1400, the industry pure titanium (TA2) was used as electrode and the industry pure nitrogen gas as shielding and reacting atmosphere. The microstructures, interfacial behavior, phase and element in the coatings were investigated by scanning electronic microscope, X-ray diffraction and X-ray photo spectrum. The microhardness of coatings was tested and its wear-resistance property was tested by the self-made abrasion machine and compared with Wi8Cr4V rapid steel treated by quenching. The results show that an excellent bonding between the coating and substrate is ensured by the strong metallurgical interface. The coatings are mainly composed of Ti and synthesized TiN. The highest microhardness of coating reaches to 1 388 HV0. 1, which is six times higher than that of the substrates. Wear resistance of the coatings is excellent.     

Relationship between dispersibility of ZrO2 nanoparticles in Ni-ZrO2 electroplated nanocomposite coatings and mechanical properties of nanocomposite coatings

Ni-ZrO2 nanocomposite coatings with monodispersed ZrO2 nanoparticles were prepared from the composite plating bath containing dispersant under DC electrodeposition condition. It is found that the morphology, orientation and hardness of the composite coating with monodispersed ZrO2 nanoparticles have lots of difference from the composite coating with agglomerated ZrO2 nanoparticles and pure nickel coating. Especially, the result of hardness shows that only a very low volume fraction (less than 1%) of monodispered ZrO2 nanoparticles in Ni-ZrO2 composite coatings will result in higher hardness of the coating. The hardness of Ni-ZrO2 nanocomposite coatings with monodispersed and agglomerated ZrO2 nanoparticles are HV 529 and HV 393, respectively. The hardness value of the former composite coatings is over 1.3 times higher than that of the later. All these composite coatings are 2 - 3 times higher than that of pure nickel plating (HV 207) prepared under the same conditions.     

脉冲电沉积WC-Co-Ni镀层的制备及性能研究

目的提高WC-Co-Ni纳米晶复合镀层的综合性能。方法利用脉冲电沉积法制备WC-Co-Ni纳米晶复合镀层,分析镀层的结构、表面形貌及元素成分,测试镀层的显微硬度。对WC-Co-Ni纳米晶复合镀层和304不锈钢进行5%(质量分数)H2SO4溶液浸泡实验,计算腐蚀速率,对比其耐蚀性。结果当脉冲参数为阴极电流密度5 A/dm2、脉冲占空比50%、脉冲频率2000 Hz时,施镀2 h制备的WC-Co-Ni复合镀层为纳米晶结构。镀层表面平整、光亮,无裂纹,由立方晶型的Ni、六方结构的WC和立方晶型的Co组成,WC-Co颗粒均匀弥散在纳米晶Ni镀层内,且m(Ni)∶m(W)∶m(C)∶m(Co)=6∶2∶1∶1。WCCo纳米颗粒起到了促进形核的作用,晶粒尺寸大多分布在20 nm左右。WC-Co纳米颗粒对镀层起到了弥散强化作用,使复合镀层的显微硬度达到600HV。在浸泡腐蚀实验中,随着温度从20℃升高至80℃,复合镀层的腐蚀速率增加缓慢,20℃下的腐蚀速率仅为0.4192 mm/a,80℃下的腐蚀速率也低于20mm/a。结论脉冲电沉积法制备的WC-Co-Ni纳米晶复合镀层硬度高于传统的不锈钢材料,耐蚀性也优于304不锈钢,综合性能较好。     

Ni-Co/纳米金刚石复合镀层抗磨损性能的研究

采用电沉积法在45#钢样品表面制备了含有纳米金刚石的镍-钴合金基复合镀层。对复合镀层的显微硬度和微观结构进行了测试。并考察了阴极电流密度、镀液pH值等主要工艺参数对纳米复合镀层耐磨性的影响。结果表明：纳米金刚石的弥散强化作用，可以有效地提高镀层的硬度。在干摩擦条件下，纳米复合镀层的耐磨性是镍-钴合金镀层的3倍；     

Study on the nano-composite electroless coating of Ni–P/Au

The nano-composite coating of Ni–P/Au was obtained by adding gold nanoparticles to the Ni–P electroless plating solutions. The scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), X-ray diffractometer (XRD) and microsclerometer were used to characterize the compositions, structures, morphologies and hardness of the coatings, respectively. The Ni–P electroless coating contains 11.0 wt.% P while the composite coating of Ni–P/Au contains 9.85 wt.% P and 2.38 wt.% Au. The composite coatings, which contain gold nanoparticles, exhibit better properties of hardness, corrosion resistance and uniformity than the particle-free coatings. The coatings deposited from an electroless bath have the increased hardness after heat treatment due to the transformation of amorphous phase Ni–P to crystalline phase Ni₃P. The composite coating with gold nanoparticles has bigger hardness value than Ni–P coating.     

Selection criteria for wear resistant powder coatings under extreme erosive wear conditions

Wear-resistant thermal spray coatings for sliding wear are hard but brittle (such as carbide and oxide based coatings), which makes them useless under impact loading conditions and sensitive to fatigue. Under extreme conditions of erosive wear (impact loading, high hardness of abrasives, and high velocity of abradant particles), composite coatings ensure optimal properties of hardness and toughness. The article describes tungsten carbide-cobalt (WC-Co) systems and self-fluxing alloys, containing tungsten carbide based hardmetal particles [NiCrSiB-(WC-Co)] deposited by the detonation gun, continuous detonation spraying, and spray fusion processes. Different powder compositions and processes were studied, and the effect of the coating structure and wear parameters on the wear resistance of coatings are evaluated. The dependence of the wear resistance of sprayed and fused coatings on their hardness is discussed, and hardness criteria for coating selection are proposed. The so-called “double cemented” structure of WC-Co based hardmetal or metal matrix composite coatings, as compared with a simple cobalt matrix containing particles of WC, was found optimal. Structural criteria for coating selection are provided. To assist the end user in selecting an optimal deposition method and materials, coating selection diagrams of wear resistance versus hardness are given. This paper also discusses the cost-effectiveness of coatings in the application areas that are more sensitive to cost, and composite coatings based on recycled materials are offered.     

基于超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层研究

目的 将特定防污功能的纳米粒子引入到环氧复合涂料中,制备具有超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层。方法 以环氧树脂和羟基封端的聚二甲基硅氧烷为基质,球形氧化铈（CeO₂）纳米颗粒为填料,采用溶液共混的制备方式,通过空气喷涂法构建氧化铈超疏水纳米涂层。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪等设备对涂层进行表征,并以典型海洋污损生物芽孢杆菌和三角褐指藻为研究对象分析涂层的防污性能。结果 当涂层中纳米氧化铈的质量分数为55%时,氧化铈纳米涂层具有超疏水特性,接触角达到153°,接触角滞后低至3°。在防污性能方面,相比于环氧复合涂层,超疏水氧化铈纳米涂层对三角褐指藻和芽孢杆菌的防污率分别为97.5%和97.3%。在存在过氧化氢和溴化铵的条件下,失去疏水性能的氧化铈涂层通过卤代过氧化物酶的活性减少了96.2%的三角褐指藻和96.8%的芽孢杆菌贴附。结论 该体系所构建的纳米涂层在初期可以利用其超疏水性能防污,后期利用其卤代过氧化物酶的活性防污,实现防污的长效性。     

钛合金表面激光熔化沉积钛基复合材料涂层的组织及性能

通过激光熔化沉积TA15+30%TiC(体积分数)混合粉末,在TA15钛合金表面制备出钛基复合材料涂层,分析了涂层的组织、硬度及界面结合强度。结果表明,激光熔化沉积过程中原始TiC颗粒发生溶解,并在凝固过程中重新析出细小的TiC,TiC有等轴状及枝晶两种形态,涂层中存在部分未熔的TiC颗粒;涂层硬度达HRC 60;涂层与基体界面为完全冶金结合,涂层的界面结合强度大于310 MPa,抗剪切强度为330 MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现剥落现象,表明涂层与基体具有很好的相容性