热喷涂-丝网印刷复合制备石墨烯-铁基复合涂层耐磨性研究

摘要

随着经济不断发展，科学技术不断创新，人们对材料的性能的要求越发苛刻，工业材料对于其自身性能的要求越来越高，尤其是金属材料已成为整个工业生产系统的骨架。针对于金属材料来说，每年因摩擦磨损导致金属材料失效造成的消耗占世界能源消耗的30％~50%，给社会和国家造成重大的经济损失。因此要利用材料表面工程技术，在赋予金属材料更加优异的性能的同时，提高其表面的耐磨损性能。石墨烯独特的结构特点赋予其优异的多种性能，其良好的减磨耐磨性能，在提高金属表面耐磨性方面具有潜在的应用价值。为了解决石墨烯与金属结合力不强的问题，本文采用丝网印刷结合热喷涂的处理方法，为了能够最大限度发挥石墨烯的优异性能，尽可能少的引入其它金属粒子，制备石墨烯-铁复合涂层，并对其进行了SEM表征、摩擦学性能分析以及力学性能研究，探索最佳工艺参数组合范围。
　　本文首次采用丝网印刷的方法，将石墨烯涂覆在钢基底上，结合热喷涂的方式制备复合涂层，很好的解决了石墨烯与金属结合力不强的问题，同时也很好的解决了传统金属粉末掺杂制备复合涂层石墨烯分布不均的问题。提供了一条新的思路制备石墨烯复合涂层。
　　通过对其摩擦学性能分析，得出了石墨烯加入降低了涂层的摩擦系数，且摩擦系数降低的大小与石墨烯分布的均匀度有关，石墨烯分布越均匀，摩擦系数越小，摩擦系数降低范围在25~35%；通过对磨损量的测定，得出石墨烯的加入提高了涂层的耐磨损性能，且耐磨性的提高与石墨烯的含量有关，石墨烯含量越多，涂层耐磨性越好，磨损量减小的范围在30~45%之间。
　　通过对其力学性能的分析得出结论，石墨烯的加入降低了涂层与基底的结合力，提高了涂层的硬度。在同种工艺条件下，石墨烯的加入降低了涂层与基底的结合力，降低范围在7~18%左右；而石墨烯的加入提高了涂层的硬度，由于复合涂层测得的硬度离散性较强，因此无法得出准确的提高范围。
　　本文通过上述分析，总结出了一套较为完整的工艺流程以及最佳参数组合范围，对于开拓金属表面涂镀石墨烯复合涂层在摩擦学领域的应用具有极大的理论和实践意义，对于丰富和发展石墨烯在材料表面工程中的进一步应用，具有重要的基础学术价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 表面材料研究现状及发展趋势

1.2 热喷涂技术的原理与应用

1.3 石墨烯的特点与应用

1.4 研究意义

1.5 本文的研究内容及创新

2 实验原理及设备

2.1 影响涂层质量因素理论分析

2.2 实验设备

2.3 检测原理及设备

3 实验设计及涂层制备

3.1 实验总体设计

3.2 钢基底喷砂处理

3.3 石墨烯胶体溶液配制

3.4 丝网印刷

3.5 超音速火焰热喷涂

4 涂层表征

5 涂层耐磨性研究

5.1 摩擦系数测定

5.2 磨损量测定

6 涂层力学性能研究

6.1 涂层结合力分析

6.2 涂层硬度分析

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历及获奖情况