SiO2/EP梯度耐磨复合涂层的制备及其性能研究

摘要

用微米级SiO2粉体填充改性的环氧树脂(EP)基复合材料具有良好的耐蚀性、耐磨性，对天然气集输设备具有重要的防护作用。但直接将SiO2粉体与环氧树脂涂料混合后涂刷(共混法)，SiO2颗粒会在涂层的固化过程中因为重力作用发生沉降，涂层表层树脂含量高，几乎不含SiO2，而涂层底部SiO2体积分数增加，起粘结作用的环氧树脂体积分数减少，涂层与基体的粘结强度降低，导致涂层容易起皮、剥落，涂层使用性能变差。针对这一实际问题，本文以液态环氧树脂涂料为成膜材料，粒径为5.50μm的SiO2粉末为耐磨填料，利用静电喷涂技术将SiO2粉喷覆在刚制备的环氧涂层表面(外喷粉法)，使SiO2颗粒在环氧涂层中自由沉降，通过控制固化温度和时间来控制SiO2颗粒沉降深度，使其在环氧涂层中呈梯度分布，制得SiO2/EP梯度耐磨复合涂层。采用分级法、维氏/显微硬度计、冲蚀磨损试验机、摩擦磨损试验机、盐雾试验机和SEM等手段测试了涂层性能，研究了SiO2含量、固化温度和时间对梯度复合涂层硬度和耐磨性的影响，探讨了梯度复合涂层的形成过程，对比研究了外喷粉法和共混法制备复合涂层的性能，并研究了冲蚀攻角、冲蚀压力和冲蚀磨料量对梯度复合涂层耐冲蚀磨损性能的影响。结果表明：
　　(1)外喷粉法制备SiO2/EP梯度复合涂层的表面硬度和耐磨性随SiO2含量、固化温度和时间的变化先增大后减小。当涂层厚度为100m，SiO2质量分数为30％时，涂层在60℃下固化30min成型后其综合性能达到最佳。
　　(2)当SiO2含量(质量分数)为30％，粒径为5-50μm时，不同粒径的SiO2颗粒在不同厚度SiO2/EP梯度复合涂层中呈梯度分布，即SiO2颗粒粒径沿涂层表层-中部一底层方向呈小颗粒一大颗粒一无颗粒状态分布，小颗粒分布在涂层表层提高了涂层表面耐磨性且使涂层表面粗糙度较低，大颗粒分布在涂层中部提高了涂层强度，涂层底层为纯环氧树脂保证了梯度复合涂层对基体的粘结强度。
　　(3)外喷粉法制备SiO2/EP复合涂层粘结强度和表面硬度均高于共混法制备复合涂层。外喷粉法制备的SiO2/EP复合涂层的粘结强度分级为0级，共混法制备的复合涂层的粘结强度较差，为1级；外喷粉法制备的复合涂层的表面硬度为56HV，是共混法制备复合涂层的3倍。
　　(4)相同冲蚀条件下，外喷粉法制备复合涂层的冲蚀磨损率为0.518×10-4g·cm-2·s-1，为共混法制备的复合涂层的1/2。

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1 前言

1.1 引言

1.2 国内外有机防护涂层的研究现状

1.3 陶瓷/环氧树脂防腐耐磨复合涂层

1.4 高分子功能梯度材料

1.5 本课题研究的主要目的意义及内容

2 试验及测试方法

2.1 实验材料及设备

2.2 涂层制备

2.3 涂层性能检测

2.4 涂层微观形貌表征

3 SiO2/EP梯度复合涂层制备工艺研究

3.1 外喷粉法制备SiO2/EP梯度复合涂层可行性研究

3.2 SiO2含量对SiO2/EP梯度复合涂层性能的影响

3.3 固化条件对SiO2/EP梯度复合涂层性能的影响

3.4 本章小结

4 不同方法制备SiO2/EP复合涂层性能研究

4.1 不同方法制备SiO2/EP复合涂层的粘结强度分析

4.2 不同方法制备SiO2/EP复合涂层的表面硬度分析

4.3 不同方法制备SiO2/EP复合涂层的耐冲蚀磨损性能分析

4.4 高攻角气体喷砂型冲蚀磨损模型

4.5 不同方法制备SiO2/EP复合涂层的摩擦磨损性能分析

4.6 不同方法制备SiO2/EP复合涂层的耐腐蚀性能分析

4.7 本章小结

5 SiO2/EP梯度耐磨复合涂层耐喷砂冲蚀磨损性能研究

5.1 不同攻角对SiO2/EP梯度复合涂层冲蚀磨损量的影响

5.2 不同攻角下SiO2/EP梯度复合涂层冲蚀磨损形貌分析

5.3 不同冲蚀气压对SiO2/EP梯度复合涂层冲蚀磨损量的影响

5.4 不同磨料量对SiO2/EP梯度复合涂层冲蚀磨损量的影响

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 结 论

6.2 展 望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的专利、论文情况