纳米SiO_(2)复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

将Stöber法制备的胶体SiO_(2)粒子溶液与粉体SiO_(2)粒子进行物理共混得到SiO_(2)复合粒子溶液,以三乙氧基甲基硅烷(MTES)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备的酸性有机硅低聚物为黏结剂,使用3-氨丙基三甲氧基硅(KH540)与全氟癸基三甲基氧硅(PFDT)对其进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO_(2)复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层。考察了SiO_(2)复合粒子、酸性有机硅低聚物、KH540及PFDT对复合涂层的影响。结果表明,当SiO_(2)复合粒子溶液由粒径为110 nm的胶体SiO_(2)粒子溶液与粒径为50 nm的粉体SiO_(2)粒子(其用量为胶体SiO_(2)粒子溶液质量的1%)组成、SiO_(2)复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液质量比为4∶1、KH540与PFDT的添加量(以混合液总质量计,下同)均为1%时,制备的复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性。

紫外线下纳米TiO_(2)改性涂层混凝土抗碳化性能研究

为提升涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能,通过引入不同掺量金红石型纳米TiO_(2)对水泥基结晶涂层和聚氨酯涂层进行改性。结果表明:紫外线照射一定程度上会削弱涂层混凝土的抗碳化性能;使用纳米TiO_(2)改性后,两种涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能均得到了不同程度的提升,随着纳米TiO_(2)掺量的增加,两种涂层混凝土抗碳化性能均呈现先提升后降低的趋势,其中水泥基结晶涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为2%,聚氨酯涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为1%~2%,紫外线照射下纳米TiO_(2)对聚氨酯涂层混凝土抗碳化性能的提升最为明显。

纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料超声滚压数值仿真研究

超声滚压数值仿真研究亟待丰富和深入开展。采用温度-应变率相关Johnson-Cook本构模型描述纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料塑性变形行为,通过Gleeble热压缩模拟实验结合最小二乘拟合标定相关本构参数。利用有限元软件ABAQUS构建3D全六面体渐变网格模型,通过6个步骤对复合材料超声滚压强化过程进行了数值仿真研究。结果表明,残余应力分布的仿真结果与实测结果存在明显差异,但网格失效形式较好地反映了表层材料的开裂和分层,从模拟角度验证了往复超声滚压过程中过度塑性变形导致材料表面损伤的现象。该结果对金属基复合材料超声滚压工艺的探索和相关数值仿真研究的深入开展具有重要指导意义。

原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒与Sb协同增强A356铝合金微观组织与力学性能

在A356铝合金中同时引入原位纳米颗粒(TiB_(2)+ZrB_(2))和元素Sb,通过纳米颗粒对基体的强化和Sb提高颗粒分散性所产生的协同作用来提高材料的力学性能。结果表明,单独引入(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒会细化α-Al基体,减小二次枝晶臂间距,但复合材料内部存在严重团聚现象,不利于性能的提高。在此基础上引入Sb,降低纳米颗粒与Al基体间的界面能,纳米颗粒的团聚现象得到显著改善。原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒和Sb的协同引入使复合材料的强度和塑性较A356基体大幅提高,当(TiB_(2)+ZrB_(2))和Sb的引入量分别为3%和0.6%(质量分数)时,铸态复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到216.4 MPa、119.7 MPa和7.2%,相较A356基体的性能分别提高29.7%、23.5%、84.6%。

纳米HfC对微波烧结TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明:加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^(1/2)±0.30MPa·m^(1/2);随着纳米HfC含量的增加,TiB_(2)基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB_(2)-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。

等离子喷涂高强韧纳米TiO_(2)涂层的制备及其力学性能

为提高大气等离子喷涂(APS)TiO_(2)陶瓷涂层的结合强度及其摩擦磨损性能,采用喷雾造粒的纳米结构TiO_(2)粉末为原料,利用APS工艺制备出TiO_(2)陶瓷涂层,研究了涂层的显微组织、相组成、力学性能和摩擦磨损性能,并与常见的微米级TiO_(2)粉末制备的陶瓷涂层组织性能进行了对比。结果表明,微米TiO_(2)粉在喷涂前后相成分从板钛矿变为金红石和锐钛矿的混合相;而纳米团聚的TiO_(2)粉喷涂前后无明显的相成分变化,均以金红石相为主。纳米TiO_(2)涂层的孔隙率为1.4%,低于微米粉涂层的3.3%。纳米TiO_(2)涂层的力学性能优于微米涂层,微米涂层硬度为934.2 HV_(0.1),而纳米涂层的硬度为1349 HV_(0.1);纳米和微米涂层的弹性模量分别为203.1和185.8 GPa;纳米涂层的断裂韧性为2.1 MPa·m^(1/2),略高于微米涂层的2.0 MPa·m^(1/2);纳米涂层的结合强度可达46.8 MPa,是微米涂层的3.18倍(14.7 MPa)。此外,在相同的摩擦条件下,纳米TiO_(2)涂层的摩擦因数为0.69,比微米TiO_(2)涂层更低,纳米涂层的磨损体积也比微米涂层更少。综合来说,纳米TiO_(2)涂层相对于微米级TiO_(2)涂层体现出更好的综合力学性能。

TiB_(2)纳米涂层改性碳纤维增强Mg基复合材料的微观结构及力学性能

采用新颖的溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法,对M55J连续碳纤维(Cf)表面进行TiB_(2)纳米涂层改性。首先,制备了掺杂五硼酸铵(NH_(4)B_(5)_(O8)的)TiO_(2)溶胶(0.2 mol/L)(Ti与B的物质的量比为1∶2),然后将其均匀涂覆到C_(f)表面。XPS分析表明,经1350℃烧结120 min后,C_(f)表面涂层发生原位反应并生成了TiB_(2)。采用压力浸渗法分别制备了体积分数为40%和50%的Cf增强镁基(C_(f)/Mg)复合材料,其抗弯强度分别达到720 MPa和870 MPa。然而,对比实验表明Mg基体不能浸渗到无涂层的C_(f)预制体中。HRTEM分析表明,厚度为20~30 nm的界面层由TiB_(2)和少量的TiC、TiO_(2)纳米颗粒组成。C_(f)表面的TiB_(2)纳米涂层可以改善C_(f)与Mg基体之间的润湿性,提高C_(f)/Mg复合材料的力学性能。

纳米SiO_(2)微球/含氟丙烯酸酯涂层的制备及耐融雪盐腐蚀性能研究

以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)及其他丙烯酸酯类单体为原料,采用半连续乳液聚合法制备含氟丙烯酸酯共聚乳液,将其与一定量的表面硅烷改性的纳米SiO_(2)微球、适量的颜填料和助剂机械搅拌均匀,得到纳米SiO_(2)微球/含氟丙烯酸涂料。FT-IR、XRD测试表明,表面硅烷改性的纳米SiO_(2)微球晶型未发生改变。复合涂层的力学性能、耐化学介质腐蚀性能和耐融雪盐腐蚀性能等结果表明,当纳米SiO_(2)微球掺量为3%时,复合涂层的综合性能最佳。其铅笔硬度为5 H,黏结强度为1.88MPa,耐冲击高度超过50 cm,涂层接触角可达110°,吸水率仅为0.72%,耐酸碱盐腐蚀率分别为17%、11%、11%。与未改性的含氟丙烯酸涂层和市售的涂层相比,在设定的融雪盐腐蚀条件下,复合改性涂层腐蚀前后的色差、光泽度、表面状况保持稳定,混凝土试件的抗压强度和碳化深度的下降均减缓。

KH-151硅烷改性纳米ZrO_(2)对铝合金表面环氧树脂涂层防护性能的影响

在6061铝合金表面制备了硅烷改性纳米ZrO_(2)环氧树脂涂层,采用电化学测试和腐蚀试验,研究了纳米ZrO_(2)添加量对硅烷改性纳米ZrO_(2)环氧树脂涂层防护性能的影响,并对比了不同转化处理工艺下涂层的物理性能和防护性能。结果表明:当纳米ZrO_(2)添加量为100 mg/L时,硅烷改性纳米ZrO_(2)环氧树脂涂层试样的极化电阻为2 719Ω·cm^(2)、自腐蚀电流密度为2.528×10^(-6) A·cm^(-2);在经不同转化处理工艺处理的涂层中,硅烷改性纳米ZrO_(2)环氧树脂涂层的平均厚度为55μm,涂层剥离面积比例为5%,附着力达到1级,极化电阻最大,自腐蚀电流密度最小,涂层防护性能最佳。

机械和超声波分散对纳米Al_(2)O_(3)颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al_(2)O_(3)颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中,研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al_(2)O_(3)/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al_(2)O_(3)在聚酯树脂中的分散性的影响;通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等,确定了最佳分散工艺。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒可在1500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系,再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性,有效减少纳米Al_(2)O_(3)在水性聚酯树脂中的团聚,在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时,增强其耐腐蚀性。

纳米NiCrBSi-TiB_2涂层在硫酸熔盐中的热腐蚀行为研究

目的研究纳米NiCrBSi-TiB2涂层在800℃下的Na2SO4-30%(质量分数)K2SO4熔盐中的热腐蚀行为。方法采用超音速火焰技术在中碳钢表面喷涂纳米NiCrBSi-TiB2涂层,以饱和Na2SO4-30%K2SO4溶液为腐蚀介质,研究该涂层在800℃时的热腐蚀行为。结果微米涂层晶粒粗大,Si的扩散系数低,易出现贫Si富Cr层,形成的Cr2O3膜在碱性熔盐中具有较低的溶解度,对涂层具有良好的保护作用。结论微米涂层在Na2SO4-30%K2SO4熔盐中具有更优的抗热腐蚀性能。

C_(2)H_(2)气体流量对WC-DLC涂层结构与性能的影响

文章采用直流磁控溅射技术制备WC-DLC耐磨涂层,为了探究C_(2)H_(2)流量对WC-DLC涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响,在10−50 mL/min C_(2)H_(2)流量下制备了WC-DLC涂层并进行表征分析。结果表明,随着C_(2)H_(2)流量的增加,涂层中碳含量增加,晶粒逐渐细化,由柱状晶逐渐转变为细晶粒,涂层变得更加致密;涂层纳米硬度与sp3杂化的C原子含量密切相关,随着涂层中sp3-C含量的增加,硬度先升高然后降低,磨损率也先升高降低;随着碳原子含量升高,涂层中出现大量的非晶碳,表面晶粒非晶化,涂层的摩擦系数逐渐减小且更加稳定。

CeO_(2)添加量对激光熔覆TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层组织和性能的影响

利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了添加质量分数1.0%,1.5%,2.0%CeO_(2)的TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层,研究了复合涂层的物相组成、显微组织和硬度,讨论了搭接率(30%,40%,50%)对最佳CeO_(2)含量条件下复合涂层试样摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合涂层均由TiB_(2)、TiB、α-Ti、TiC、Ni_(3)Ti、Cr_(23)C_(6)、Ti_(2)Ni、Cr_(3)C_(2)、γ-Ni等相组成;添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的组织最为均匀致密,细化效果明显;随着CeO_(2)添加量的增加,复合涂层的硬度先增后降,添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的硬度最高,约为1 015 HV。CeO_(2)的最佳添加质量分数为1.5%,在此条件下随着搭接率的增加,试样的磨损质量损失先减小后增大,当搭接率为40%时,磨损质量损失最小,磨损机理为磨粒磨损。

高能球磨及热挤压对Al-Ti-B细化剂纳米TiB_(2)颗粒分散性与细化性能的影响

为获得高晶粒细化性能的Al-Ti-B细化剂,本文利用高能球磨法在微米Ti粉上负载纳米TiB_(2)颗粒制备了Ti/TiB_(2)粉末细化剂,并采用热挤压工艺制备了杆状Al-Ti-B细化剂,对比分析了两种细化剂的晶粒细化性能及机理。研究表明:高能球磨可将纳米TiB_(2)颗粒均匀负载分散在微米Ti粉表面,使工业纯铝的平均晶粒尺寸细化至74.6μm;热挤压则使细化剂致密化,微米Ti粉及纳米TiB_(2)颗粒在铝基体中分布更加均匀,可将工业纯铝的平均晶粒尺寸进一步细化至58.4μm,获得最佳细化效果,并使细化剂的抗衰退性能提高。机理分析表明,随着细化剂中纳米TiB_(2)颗粒的分散性提高、团聚现象减缓,其在铝熔体中的沉降速度缓慢,对晶粒的形核促进作用、长大抑制作用更充分,是热挤压Al-Ti-B细化剂对工业纯铝有优异晶粒细化效果的关键。

ZK60合金表面含纳米Y_(2)O_(3)微弧氧化涂层的体外降解、磨损性能和生物相容性

为了进一步降低镁合金微弧氧化(MAO)涂层的降解速率并提高其耐磨性能,通过在电解液中加入纳米Y_(2)O_(3)的方法,制备含纳米Y_(2)O_(3)的镁合金MAO涂层,并借助显微结构观察、磨损实验、电化学实验、浸泡实验和细胞毒性实验对其进行研究。结果表明,微弧氧化涂层中主要含有Ca_(8)YMg(PO_(4))_(7)和Y_(2)O_(3)颗粒,Ca_(8)YMg(PO_(4))_(7)能稳定涂层,纳米Y_(2)O_(3)能封闭微孔,从而降低涂层的降解速率,并提高其耐磨性。在Hank’s溶液中,涂层的降解速率从0.14 mm/a降至0.06 mm/a。在相同摩擦距离下,涂层体积损失从0.46 mm^(3)降至0.27 mm^(3)。MAO涂层具有良好的生物相容性,细胞相对增殖率(RGR)超过90%。含纳米Y_(2)O_(3)的MAO涂层具有良好的生物医学应用前景。

纳米NiCrBSi-TiB_2涂层在Na_2SO_4-60%V_2O_5熔盐中的热腐蚀行为

采用超音速火焰喷涂技术在碳钢表面制备了纳米和微米NiCrBSi-TiB2涂层,并研究了两涂层在800℃下的Na2SO4-60%V2O5熔盐热腐蚀行为。结果表明:纳米涂层具有更好的抗熔盐热腐蚀性能,其在Na2SO4-V2O5熔盐作用下的热腐蚀机理为酸性熔融机制。晶粒纳米化能够提高扩散系数和降低内应力,使得涂层在腐蚀初期能快速地形成一层膜基结合强度高的SiO2膜。SiO2在酸性熔盐中的溶解度低,能够有效地将熔盐和涂层分离,降低了熔盐对涂层的侵蚀作用,对涂层起到保护作用。

纳米NiCrBSi-TiB_2涂层800℃循环氧化行为研究

采用超音速火焰喷涂技术制备纳米Ni Cr BSi-Ti B_2涂层,对比研究了纳米和微米涂层在800℃下的循环氧化行为。结果表明:纳米涂层表面由完整连续的外层Si O_2膜+内层Cr_2O_3膜构成,细小的Ti O_2颗粒弥散地分布于Si O_2膜上。在800℃循环氧化条件下,纳米涂层氧化增重曲线遵循抛物线规律,扩散机制为该涂层氧化过程中的主要控制步骤。在氧化过程中,纳米涂层表面形成了完整连续的外层Si O_2膜+内层Cr_2O_3膜,同时晶粒细化能够降低涂层内应力,有效地防止涂层开裂,提高了涂层的抗氧化性能。

添加CeO_(2)对超音速火焰喷涂微纳米结构WC-10Co4Cr涂层组织和性能的影响

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了微纳米结构WC-10Co4Cr涂层和质量分数1%CeO_(2)改性微纳米结构WC-10Co4Cr涂层,研究了CeO_(2)的添加对涂层显微组织、力学性能和耐磨粒磨损性能的影响。结果表明:CeO_(2)的添加对粉末烧结过程中Co_(3)W_(3)C相的形成有抑制作用,同时能够减少喷涂过程中W_(2)C相的生成;CeO_(2)改性涂层的孔隙率为未改性涂层的72%;CeO_(2)的添加会加剧涂层的铬元素聚集程度,不利于CoCr黏结相的生成;CeO_(2)改性涂层的力学性能和耐磨粒磨损性能均低于未改性涂层,显微硬度和断裂韧度分别降低了11%和7%,经过15 600 r磨损后,其磨损质量损失率比未改性涂层高36%。

Ni掺杂对TiB_(2)硬质涂层组织结构和力学性能的影响

TiB_(2)涂层独特的晶体结构和强共价键赋予其超高的硬度和化学稳定性,但也存在韧性差及膜基结合力较差的问题。结合高功率脉冲磁控溅射技术和射频磁控溅射技术制备了Ni掺杂的TiB_(2)涂层,采用SEM、EPMA、XRD、XPS、纳米压痕仪、划痕试验仪、高温摩擦磨损试验机对比研究了不同Ni含量的TiB_(2)⁃Ni涂层的微观形貌、化学成分、物相结构、力学性能、摩擦学性能等。结果表明:Ni掺杂的TiB_(2)⁃Ni涂层中,少量Ni元素固溶于TiB_(2)晶格,过量的Ni元素以金属相形式存在,在晶界处形成了纳米复合结构,限制了TiB_(2)晶粒的生长,导致涂层柱状晶细化和纳米化。Ni元素掺杂导致TiB_(2)涂层的硬度与弹性模量明显下降,膜基结合力和涂层韧性随着Ni元素含量的增加持续增加,涂层摩擦系数先降低后升高,磨损形貌显示为磨粒磨损和粘接磨损。TiB_(2)⁃Ni涂层通过生成Ni金属相,在裂纹扩展时发生形变,以吸收断裂能量来提高涂层韧性,Ni含量为4.9%(原子分数)的TiB_(2)⁃Ni涂层具有较好的硬度和韧性。

TiO_(2)纳米管表面聚合物辅助沉积Ta_(2)O_(5)涂层对MC3T3-E1细胞生物学活性的影响

目的探讨TiO_(2)纳米管表面聚合物辅助沉积五氧化二钽(Ta_(2)O_(5))涂层对小鼠成骨前体细胞MC3T3-E1生物学活性的影响。方法制备出Ta/TiO_(2)纳米管(Ta/NT组)、Ta_(2)O_(5)/纯钛(Ta_(2)O_(5)/PT组)及Ta_(2)O_(5)/TiO_(2)纳米管(Ta_(2)O_(5)/NT组)3组样本,其中后2组的Ta_(2)O_(5)涂层通过聚合物辅助沉积法制备。对3组样品进行表征检测:扫描电镜(SEM)观察表面形貌,X射线光电子能谱(XPS)分析表面元素组成,X射线衍射(XRD)检测表面化合物。选用MC3T3-E1细胞探讨3组样品对细胞生物学活性影响;荧光显微镜观察细胞骨架和细胞核的黏附;CCK-8法测定细胞活性;检测细胞碱性磷酸酶(ALP)活性;茜素红染色后半定量分析钙沉积;Real-time PCR检测成骨标志基因重组人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、ALP、骨钙蛋白(OCN)和骨桥蛋白(OPN)的基因表达。结果SEM图像显示Ta_(2)O_(5)/NT组表面可见TiO_(2)纳米管基底表面覆盖片状、带状交联的微-纳米级Ta_(2)O_(5)涂层结构;XRD显示Ta_(2)O_(5)/NT组的TiO_(2)纳米管呈现微量的脱矿钛及金红石晶体结构;与Ta/NT组比,Ta_(2)O_(5)/NT组和Ta_(2)O_(5)/PT组黏附细胞核密度较高,细胞骨架块状、丝状结构相对较大,交联、团簇状较多,细胞骨架张力较大,具有较高的细胞活力;茜素红染色样本半定量分析显示Ta_(2)O_(5)/NT组、Ta/NT组、Ta_(2)O_(5)/PT组钙沉积量依次降低(P<0.01);Ta_(2)O_(5)/NT组、Ta/NT组和Ta_(2)O_(5)/PT组7d和14d的ALP活性、钙沉积量和ALP、OCN、OPN mRNA含量依次降低,14 d Ta_(2)O_(5)/NT组的BMP-2 mRNA含量在3组中最高(P<0.05)。结论Ta_(2)O_(5)/TiO_(2)纳米管复合涂层可促进MC3T3-E1细胞黏附、细胞活性、ALP活性、矿化及成骨相关基因的表达,有利于其生物学活性的发挥。