厚朴酚环氧树脂涂层的制备及综合防护性能研究

采用联苯结构的生物质原料厚朴酚合成生物基环氧树脂,以柔性聚醚胺固化剂(D230、D400、D2000及T403)进行固化制备生物基环氧抗冲蚀涂层,探究聚醚胺分子量与官能度对厚朴酚环氧树脂力学性能、防腐性能以及抗冲蚀防护性能的影响,阐述厚朴酚环氧涂层抗冲蚀磨损机理。结果表明:D230固化的厚朴酚环氧涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后仍具有较高的阻抗值(1.25×10^(11)Ω·cm^(2));以T403固化可获得高拉伸强度(26.59 MPa)、低摩擦系数(0.373)和磨损率[0.0183 mm^(3)/(N·m)]涂层;D2000固化的厚朴酚环氧涂层在抗冲蚀测试中表现出较低质量损失(244.74 mg)与体积损失(157 mm^(3))。在固/液/气三相流冲蚀作用下,D2000较长的柔性链段,赋予厚朴酚环氧涂层更好的弹性和柔韧性,降低了冲蚀介质的冲击作用,从而表现出优异的抗冲蚀性能。

生物基六方氮化硼分散液在环氧复合材料中的应用

六方氮化硼(hBN)是具有良好机械性能、高导热性和优异润滑性能的新型二维纳米材料,它具有增强聚合物纳米复合材料的潜力。将hBN均匀分散于生物基环氧单体糠醇缩水甘油醚(FgE)中,采用TEM和AFM对其在FgE中的分散状态进行了表征,成功制备了低于10层的hBN纳米片分散液。将FgE-hBN分散液作为环氧树脂的活性稀释剂,在不使用任何有机溶剂作稀释剂的情况下,制备了FgE-hBN/环氧复合材料。研究结果证明,在FgE-hBN的存在下,环氧树脂的疏水性、耐热性能、机械性能以及耐摩擦性能均得到极大提升。环氧树脂性能的提高主要归因于良好分散的hBN纳米片自身具有的高疏水性、强导热性、强机械性及高润滑等优异性能。

应用EIS研究改性无溶剂环氧防腐涂层的防护性能和腐蚀特征

本实验使用电化学阻抗谱技术发现钢材表面不同厚度的改性无溶剂环氧防腐涂层的服役后期状态变化有所区别,主要体现在阻抗谱等效电路的不同。根据阻抗谱的变化特征,将厚度30μm涂层的服役过程划分成5个区间:初期渗水、腐蚀发生、Warburg扩散控制、腐蚀扩展、涂层失效;将厚度60μm涂层的服役过程划也分成5个区间:初期渗水、腐蚀发生和渗水受阻、Warburg扩散控制、有限层扩散控制、阻挡层扩散控制。因30μm的厚度太小,侵蚀性粒子对涂层的渗透比较容易,在涂层服役中后阶段,有向局部腐蚀和鼓泡剥离发展的倾向,防护性能持续下降,腐蚀指标持续上升。厚度60μm的涂层表现出良好的防护性能,中后期涂层的保护作用和腐蚀指标能够维持稳定。厚度60μm涂层浸泡1年后最大电化学腐蚀活性区面积不到0.12%,涂层孔隙率能够保持在10^(-8)左右。以菲克第二定律为基础推导出了涂层中水扩散动力学模型,根据该模型生成的图像可以形象地体现水在涂层的三维分布和动态变化,模型理论结果与实验数据吻合。

输电铁塔塔脚防护用无溶剂环氧涂料的研制及其防腐性能研究

输电线路塔脚腐蚀影响线路的安全运行,环境污染和铁塔保护帽积水易造成铁塔主材与保护帽连接处发生锈蚀失效。开发了一种输电铁塔塔脚防护用无溶剂环氧防腐涂料,该涂料具有粘度低、流平性好和施工方便等优点。采用电化学测试技术和盐雾实验研究无溶剂涂料的防腐性能,并考察了硅烷偶联剂对涂层防腐性能和附着力的影响。结果表明:制备的无溶剂环氧防腐涂料具有良好的渗透性能和防腐性能,并可对铁塔保护帽进行带锈施工,无溶剂涂层/混凝土体系在盐雾试验箱中试验2000h后,涂层完整,没有起泡或剥落现象。硅烷偶联剂KH560不仅将涂层附着力从5.6提高到8.9MPa,还能有效增强涂层的柔韧性和耐水性能。

高固体分环氧防腐蚀涂层/铝合金在模拟超深海高压环境下的防护行为研究

为了提高铝合金在深海环境中的防护性能,研制了一种铝合金深海防护用高固体分环氧防腐蚀涂料。采用电化学测试技术、盐雾加速试验和涂层形貌分析等手段研究了高固体分环氧防腐蚀涂层在模拟常压海水环境和超深海高压环境(36.0 MPa)下对铝合金的防护行为。结果表明:高固体分环氧防腐蚀涂料在铝合金基材上的耐盐雾寿命达1000 h以上,涂层在铝合金上的拉拔附着力为11.28~13.52 MPa,经36.0 MPa高压盐水浸泡35 d后的湿附着力为7.52~8.12 MPa。铝合金/涂层体系在超深海高压环境下,漆膜吸水导致涂层电阻降低及电容逐渐增大,浸泡35 d后,涂层低频阻抗模值降低到3.85×10^(6)Ω·cm^(2);深海高压导致涂层中的颜填料疏松,容易形成腐蚀通道导致涂层破损和基体腐蚀。提高涂层在金属上的湿附着力和致密性,是延长涂层在深海环境下防护寿命的关键因素。

CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.

H_3PO_4掺杂聚苯胺对碳钢的缓蚀性能研究

金属管道、锅炉酸洗过程中,金属腐蚀不可避免,缓蚀剂是延缓金属腐蚀最有效、最经济的材料。苯胺低聚物具有可逆氧化还原特性,作为一种新型防腐蚀材料受到人们广泛关注。合成了一种水溶性良好的H_3PO_4掺杂聚苯胺纳米粒子缓蚀剂,采用动电位极化曲线和交流阻抗谱技术研究该缓蚀剂在1 mol/L HCl盐酸洗液中对碳钢的缓蚀性能和缓蚀机理,并结合扫描电镜和电子能谱分析碳钢腐蚀形貌和腐蚀产物成分。结果表明:H_3PO_4掺杂聚苯胺纳米粒子在碳钢表面吸附成膜,抑制氯离子对碳钢侵蚀,属于阳极型缓蚀剂。当缓蚀剂浓度为0.5 g/L时,120 min后的缓蚀效率高达94.9%。

等离子喷涂Ni基涂层摩擦学性能研究

为研究和改善Ni基涂层的摩擦学性能,利用大气等离子喷涂法在316不锈钢基体上制备NiCrBSi涂层、质量分数30%WC掺杂的NiCrBSi-30%WC涂层以及质量分数30%WC和15%Mo共同掺杂的NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层,研究涂层的物相结构、组织形貌、显微硬度以及大气环境下涂层与GGr15球对磨时的滑动摩擦磨损性能,并分析涂层的磨损机制。结果表明:WC掺杂、WC和Mo的共同掺杂提高了NiCrBSi涂层的显微硬度;NiCrBSi-30%WC涂层摩擦因数最大,达到0.502 0,NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层次之,NiCrBSi涂层最小,为0.393 8;涂层NiCrBSi-30%WC-15%Mo耐磨性最佳,较NiCrBSi涂层提升25%,NiCrBSi-30%WC次之,而NiCrBSi涂层磨损最为严重。在摩擦过程中,3种涂层上都产生了Fe转移膜,其中NiCrBSi涂层磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳剥落,NiCrBSi-30%WC、NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层的磨损机制主要以疲劳剥落为主。

镀硼金刚石-金属基复合材料的制备及其性能研究

为了得到高导热、高结合力的金刚石-金属基复合材料,解决金刚石与金属之间浸润性差的关键问题,本文首先通过高温盐浴法对金刚石粉体表面进行硼改性处理,然后将金刚石粉体与金属粉体通过真空热压制备得到改性后的金刚石-金属基复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),排水法密度测试仪,激光热导仪(LFA),热膨胀系数测定仪,X射线衍射仪(XRD)一系列的方法分别探究了镀硼对材料的形貌,元素种类,复合材料的密度,热导性能,热膨胀系数和物相成分的影响。结果表明,金刚石粉体经硼化处理后,制备得到的金刚石-金属基复合材料界面粘结能力强,界面层与层之间为化学键结合。相比未前处理过的金刚石压制得到的复合材料,表现出高导热、高结合力的优异性能。镀硼金刚石-铝复合材料无水解性Al4C3生成,且材料热导率达到560 W/(m·K)。

Q235钢表面电弧喷涂铝涂层的断裂机理研究

对涂层结构断裂机理的研究是保证高厚度热喷涂涂层安全和稳定的关键。在Q235钢表面高速电弧喷涂不同厚度的铝涂层。对涂层试样进行三点弯曲试验,考察了涂层在受拉、受压及同时受拉力和压力情况下的力学性能,通过扫描电镜观察试样的断裂行为,并通过梁弯曲理论单面、双面涂层2种方法计算了涂层的弹性模量。结果表明:当涂层厚度小于800μm时,涂层/基体结构弯曲强度好于基材;随着弯曲应变的增加,裂纹开始出现在涂层表面并逐渐沿着涂层厚度方向进行扩展,到达涂层内部靠近界面的位置,裂纹沿着试样长度方向向两侧不断扩展,最终涂层脱落;梁弯曲法单、双面法计算得到的涂层弹性模量相近,但与基材相差较大,这主要受涂层自身结构影响。

CrAlN涂层海水环境腐蚀磨损行为研究

采用多弧离子镀在316不锈钢上沉积Cr Al N涂层,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,纳米压痕和划痕仪分别测试涂层的硬度和结合力.通过球-盘往复式摩擦磨损试验机在海水环境下测试涂层腐蚀磨损性能,并用电化学工作站实时监测其摩擦过程中的电化学特性.结果表明:Cr Al N在有摩擦的条件下,涂层极化曲线的阳极区域存在较为明显的钝化区,抑制了涂层进一步腐蚀.在阳极电位下,涂层的摩擦系数随着加载电位的增加显著降低.随着加载电位的升高,涂层的磨损量也相应地增大.在阳极电位0.5 V下的磨损量是阴极电位–1 V下的2.99倍.在0 V时,磨损促进腐蚀的损失量,约占总损失量的13.71%.在–1 V,–0.5 V,–0.25 V,OCP,0 V下的磨损机理主要为磨粒磨损和塑性变形,而在0.25 V,0.5 V下的磨损机理主要为疲劳点蚀.

包覆铝粉含量对耐高温涂层防腐蚀性能的影响研究

有关铝含量对耐高温涂层防腐蚀性能的作用机制及含铝高温涂层的失效过程鲜有研究。研制了一种有机无机复合耐高温防腐蚀涂料,采用乙氧基硅烷对球形铝粉进行表面包覆,然后在硅酸钾和硅溶胶中加入硅烷偶联剂(KH 560)、耐高温填料、包覆铝粉、冰醋酸、水和助剂制备了常温自干型耐高温防腐蚀涂料。涂层固化后具有良好的耐高温、防腐蚀蚀和耐化学品性。采用电化学测试技术、耐盐水浸泡和盐雾试验探究了不同铝粉含量对涂层防腐蚀性能的影响机制。结果表明:添加包覆铝粉可以提高涂层致密性,并有效抑制基底金属发生电化学腐蚀反应。当铝粉含量达到48%(质量分数)时,所制备的涂层具有最佳的防腐蚀性能。

水性环氧涂料的制备及其在带锈涂装领域的应用

针对工业涂料带锈涂装问题,采用双酚A环氧树脂E44和磷酸反应制备了环氧磷酸酯P-E44,然后经中和、水解等步骤得到了自乳化环氧磷酸酯(HEP),并用傅里叶红外光谱仪对HEP中间体P-E44的结构进行了表征。将0.5%的HEP作为防锈剂添加到双组份水性环氧涂料中制备带锈涂层,采用极化曲线和交流阻抗谱(EIS)2种电化学技术研究了环氧涂层对带锈Q235钢基体在3.5%的Na Cl水溶液中防护性能产生的影响。研究结果表明:HEP能在金属表面形成一层致密螯合物磷化膜,减缓带锈金属进一步发生腐蚀的速率,对金属具有良好的防护作用。

Structure and mechanical properties of thick Cr/Cr_2N/CrN multilayer coating deposited by multi-arc ion plating

A Cr/Cr2N/CrN multilayer coating with a thickness of 24.4 μm was deposited by multi-arc ion plating. The coating was systematically characterized by field emission scanning electron microscopy(FESEM), X-ray photoelectron spectrometry(XPS), energy dispersive spectroscopy(EDS), X-ray diffraction(XRD) and transmission electron microscopy(TEM). Hardness and adhesion were tested by nanoindentation and scratch tester, respectively. The friction properties were investigated by a reciprocating UMT-3MT ball-on-disk tribometer in air and seawater. The results showed that the multilayer coating consisted of three different layers, with Cr,Cr2N and CrN phases, respectively. Compared with CrN single layer coating, the adhesion of the multilayer coating was improved significantly, the hardness of the multilayer coating was(21±2) GPa. The corrosion resistance of the multilayer coating was also improved in artificial seawater. The friction coefficient of multilayer coating was lower than that of CrN single layer coating both in air and seawater.

离子轰击对HIPIMS制备TiN薄膜结构和性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射技术制备TiN薄膜,通过基架自转与固定的调节方式,研究了离子轰击对所制备TiN薄膜结构和性能的影响。采用台阶仪测量薄膜的厚度,采用场发射扫描电镜、扫描探针显微镜、X射线衍射仪测试薄膜的表面形貌特征以及组织结构,采用纳米压痕仪测试薄膜的硬度以及弹性模量,采用划痕仪测试膜基结合力,采用电化学工作站测量薄膜的耐腐蚀性能。实验结果表明,在基架固定时,由于薄膜受到持续的离子轰击作用,所制备的TiN薄膜具有更致密的结构,更光滑的表面,更好的结晶性,更优异的机械性能和更良好的耐腐蚀性能。

硫脲和I^-对碳钢在酸洗液中的协同缓蚀作用

目前,鲜见硫脲与I^-的复配技术及其在酸洗液中对碳钢缓蚀性能的报道。采用失重法、开路电位、电化学交流阻抗谱和动电位极化曲线,研究了硫脲和I^-在硫酸洗液中对碳钢的协同缓蚀效应,并采用扫描电镜对碳钢腐蚀前后的腐蚀形貌进行表征。结果发现,硫脲和I^-复配后可明显降低碳钢在硫酸洗液中的腐蚀速率,在含0.01mol/L硫脲的硫酸溶液中,添加0.01 mol/L的I^-可将对碳钢的缓蚀效率从88.7%提高到96.1%。

不同钢材在储罐沉积水中的电化学腐蚀行为

目前,鲜有多种钢材在储罐沉积水中腐蚀机制的研究报道。采用电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线测试技术研究碳钢Q235,管线钢X65、X80,不锈钢316L等4种钢材在原油储罐沉积水中的电化学腐蚀行为,并结合扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射谱(XRD)对钢材腐蚀形貌和腐蚀产物成分进行分析。结果表明:Q235钢、X65钢和X80钢浸泡24 d后表面生成疏松腐蚀产物,316L钢表面没有明显腐蚀现象发生;Q235(3.462μA/cm^2)、X65钢(4.122μA/cm^2)和X80钢(5.848μA/cm^2)在原油沉积水中极化曲线自腐蚀电流密度远大于316L(0.118μA/cm^2),316L钢极化曲线有明显的钝化区;随着浸泡时间延长,Q235钢、X65钢、X80钢的EIS谱阻抗模值缓慢增加,随后阻抗模值降低,而316L钢的阻抗模值没有明显变化。

基体偏压对CrAlN涂层海水环境摩擦学性能的影响

本文采用多弧离子镀技术用5种不同偏压在316L不锈钢上沉积CrAlN涂层。使用X射线衍射(XRD)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的结构,并使用纳米压痕测试各涂层的硬度。用球-盘往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试。结果表明,随着偏压增大,CrAlN涂层表面大颗粒减少,而晶向生长特征也减弱。其结构在80V偏压下较为致密,但100V偏压下显示出典型的柱状晶结构特征。随着偏压增大,硬度也随之提高。各涂层在海水中摩擦系数相差不大,摩擦系数都先增大然后不断降低,最终达到相对平稳。在40V、60V和80V偏压下涂层在海水中的磨损率相对较小,且80V偏压下CrAlN涂层磨损率最低。在100V偏压下CrAlN涂层磨痕表面出现了剥落坑,EDS扫描结果显示该处涂层已完全剥落。

一种链珠状SiO_2纳米线的制备及分析

实验通过硅粉和氯化钙盐高温处理,以熔融CaCl_2高温下产生的蒸气作为特殊的蒸发载体,在1300℃条件下通过热蒸发法在石墨基板表面获得了具有草坪状排列的特殊形状的纳米线。系列测试分析表明,该纳米线的直径为50~400 nm,长度约为几个微米,且为面心立方结构。另外,系统分析显示传统的纳米线生长模型如气–液–固（VLS）生长机制不能很好地解释该二氧化硅纳米线在石墨纸上的生长过程,本文提出的一种增强的气–液–固生长机制,可以很好地解释上述纳米线的生长过程。

硼硅玻璃表面沉积TiAlN/SiN薄膜的结构及性能

采用连续式磁控溅射技术在硼硅玻璃表面沉积了TiAlN/SiN复合薄膜。制备的复合薄膜表面光滑致密,内层TiAlN薄膜为柱状晶结构,厚度约为109 nm,外层SiN薄膜为非晶结构,厚度约为67 nm。纳米压入测试复合薄膜的硬度可达15 GPa,随着氧化温度的增加,近表面区域的硬度显著增加。与TiAlN薄膜相比,TiAlN/SiN复合薄膜具有高的韧性和耐划擦性能。硼硅玻璃表面沉积的TiAlN/SiN复合薄膜可耐700℃高温氧化而薄膜颜色不发生变化。