CN110305558A - 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺 - Google Patents

一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN110305558A
CN110305558A CN201910607531.XA CN201910607531A CN110305558A CN 110305558 A CN110305558 A CN 110305558A CN 201910607531 A CN201910607531 A CN 201910607531A CN 110305558 A CN110305558 A CN 110305558A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
wear
resistance
self
composite coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910607531.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110305558B (zh
Inventor
陈明辉
徐雪磊
王金龙
王群昌
周文
王福会
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201910607531.XA priority Critical patent/CN110305558B/zh
Publication of CN110305558A publication Critical patent/CN110305558A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110305558B publication Critical patent/CN110305558B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/65—Additives macromolecular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2504/00—Epoxy polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2505/00—Polyamides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2518/00—Other type of polymers
    • B05D2518/10—Silicon-containing polymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明涉及海洋腐蚀与自润滑领域，特别提供一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺。涂层由有机成膜物质和微米级填料组成，其中有机成膜物质质量占比40～60％，包括环氧树脂10～21％、环氧改性有机硅树脂15～26％、聚酰胺树脂6～13％、润湿分散剂4～7％；微米级填料为石墨10～20％，碳化硅16～30％，聚四氟乙烯10～25％组合。本发明涂层制备工艺简单，成本低，所需制作原料市场可直接购得，不仅可用于海洋装备，也适用于航空、电力和化工等腐蚀环境中服役的传动部件。基于有机成膜物质的高耐蚀性、柔韧性，结合微米级填料的耐磨性和自润滑，使得该复合涂层具有高冲击韧性以及耐海洋腐蚀、耐磨和自润滑等优异的综合性能。

Description

一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺
技术领域
本发明涉及海洋腐蚀与自润滑领域，特别提供一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺，可用于关节轴承、衬套、轴等传动、运动部件。
背景技术
长期以来，腐蚀和磨损问题严重制约海洋、化工、生物工程、机械加工、交通运输、航空航天等诸多工业领域的发展水平，引发帕尔珀·阿尔法石油钻塔爆炸、青岛中石化东黄输油管道泄漏、德国高铁ICE 884号出轨等重大灾难。发展海洋装备、建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容。鉴于海洋装备和海洋工程长期处于海洋环境下工作，服役中无法回避的问题是海洋工程材料在海洋环境下的腐蚀损伤和磨蚀失效。其中，腐蚀磨损主要发生于腐蚀介质中运动部件，成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一，其失效问题更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命，是国内外海洋工程领域亟待解决的关键问题。
针对金属构件的腐蚀磨损，国内外提出的主要防护方法是施加耐磨防腐蚀涂层，如以CrN、TiN、DLC(类金刚石)等为代表的高硬度PVD涂层、热喷涂WC-Co(Ni)复合涂层、电镀Cr以及非晶Ni涂层等。CrN涂层的维氏硬度高达2000HV，TiN涂层为2800HV，类金刚石为2500HV，均较不锈钢、铜合金(不超过400HV)等结构材料有明显提高。根据材料硬度与耐磨性的正比关系，可推测具有高硬度特性的PVD涂层可显著提高金属材料的机械磨损抗力。显然，施加涂层是在保持合金基体力学性能的基础上，实现耐磨耐蚀最有效的措施之一。但是，这些涂层仅考虑对特定金属构件的防护，而忽略防护涂层对于与金属构件配合的轴、包套等对磨件的损坏。如常规的关节轴承、衬套等一类传动零部件，设计硬度必须低于主承载构件，以实现运动摩擦时传动零部件的选择性磨损，并保护主承载件(运动件)的目的。因此，高硬度涂层并不适合于保护(或延寿)关键的传动机构。此外，鉴于我国沿海，尤其是南海高湿、高热、高盐的苛刻环境，该类涂层的腐蚀防护性能依然难以满足服役要求。
有机涂料、涂层因其涂覆工艺简单、耐腐蚀性能优异而被广泛应用于海洋装备、海洋工程。此外，有机涂层的硬度值通常低于金属主承载件，施加于传动部件时，不会对主承载件造成损伤，是实现对轴承、衬套等一类传动零部件腐蚀防护的有效途径。然而，有机涂层的摩擦学性能限制其在传动部件上的广泛应用。以环氧和有机硅树脂涂层为例，低频往复摩擦时摩擦系数高达0.5～0.9，且磨损率极高，摩擦过程中产生的磨削可使运动滞涩，磨痕等涂层破坏处金属部件的腐蚀速度加快等。因此，针对当前海洋装备中运动、传动部件的腐蚀磨损问题，亟需开发一种耐海洋腐蚀、耐磨、且具有自润滑功能的新型防护涂层。
发明内容：
本发明目的是：提供一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺，以解决海洋装备及其它腐蚀环境下服役的传动部件的腐蚀磨损问题。
本发明的技术方案是：
一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层，该涂层由有机成膜物质和微米级填料组成，微米级填料均匀分散在成膜基体中；按质量百分比计，有机成膜物质占比40～60％，由环氧树脂、环氧改性有机硅树脂、聚酰胺树脂和润湿分散剂混合均匀得到；其中，环氧树脂10～21％、环氧改性有机硅树脂15～26％、聚酰胺树脂6～13％、润湿分散剂4～7％。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层，微米级填料为石墨、碳化硅和聚四氟乙烯粉的组合，原始粉末颗粒尺寸0.5～5μm，按质量百分比计，石墨粉10～20％，碳化硅粉16～30％，聚四氟乙烯粉10～25％。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，制备步骤为：(1)基体处理，(2)料浆制备，(3)料浆喷涂，(4)涂层烘烤与冷却。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，步骤(1)基体处理工序具体为：对金属基材采用白刚玉按照国标Sa2.5进行喷砂处理，使基体表面粗糙度Ra<0.6，然后采用无水乙醇与丙酮混合溶剂清洗金属基体并晾干。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，步骤(2)料浆制备工序具体为：使用机械高速搅拌机对按配方称重好的原料进行混合；首先将环氧树脂和粘稠的聚酰胺树脂分别使用环氧稀释剂溶解成质量分数为40～50％环氧树脂稀释液和40～50％聚酰胺树脂稀释液；然后将环氧树脂稀释液、环氧改性有机硅树脂、聚酰胺树脂稀释液、润湿分散剂混合，使用高速搅拌机在600～1000r/min下搅拌10～15min至均匀透明形成混合树脂；随后将石墨粉、碳化硅粉、聚四氟乙烯粉分别加入到上述混合树脂中，在1000～1500r/min速度下搅拌分散10～30min，混合均匀形成混合物，然后加入占混合物总质量60～80％的硅酸盐研磨锆珠，用高速搅拌机分散在2000～2600r/min下搅拌分散0.5～2小时；使用环氧稀释剂调节涂料粘度，涂四杯流速为20～29秒。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，步骤(3)料浆喷涂工序具体为：采用室温空气喷涂的方式制备涂层，喷涂压力为0.2～0.4MPa，枪嘴与工件之间距离为15～25cm，采用与试样平行、垂直交替的方式喷涂；涂层厚度由喷涂次数控制，每次喷涂厚度为25～35μm，涂层总厚度为50～300μm。
所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，步骤(4)涂层烘烤与冷却工序：在大气中进行，不需要真空或特殊保护气氛环境；将试样在80～120℃温度放置固化2～4小时，大气冷却至室温。
本发明所述耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层的性能指标如下：针对普通碳钢、合金钢、轴承钢、铝青铜、铜基复合材料等轴承、衬套加工材料，经该耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层涂覆后，往复摩擦系数≤0.1，磨损率≤4.0×10-5mm3/(Nm)，润湿角≥100°，耐海水浸泡腐蚀寿命≥5个月，耐盐雾腐蚀寿命≥2个月，低频阻抗≥1×107Ωcm2，结合强度≥12MPa，冲击韧性≥50cm。
本发明的设计思想是：由环氧树脂与有机硅树脂均匀混合作为复合涂层的有机框架，保证涂层优异的耐海洋腐蚀性能、高柔韧性及其与不同合金基体良好的界面结合力；通过微米级填料的协同作用调节涂层的耐磨、自润滑以及力学性能，如石墨微粉提高涂层自润滑性能、碳化硅微粉提高涂层的耐磨性能、聚四氟乙烯微粉进一步提高涂层的自润滑效果，并提高涂层致密性、柔韧性以及疏水性能，最终得到耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层。
本发明的优点及技术效果是：
1.本发明制备的复合涂层，制备工艺简单，配方中所需制作原料在市场可直接采购，其成本较低，涂层适用于Q235钢、马口铁、304不锈钢、316L不锈钢、轴承钢、铝青铜、镍基合金以及铜基复合材料等多种金属基材。
2.本发明制备的复合涂层较致密无孔洞，树脂与填料分布较均匀、具有较高的冲击韧性，力学性能优异。
3.本发明制备的复合涂层具有较优异的自润滑性能，能够长时间提供优异的耐磨润滑效果。
4.本发明制备的复合涂层具有较好的防腐性，在海洋或临海潮湿环境中可以很好地保护基体。
5.本发明制备的复合涂层，具有较宽的烘烤温度和烘烤时间窗口，可以室温至120℃之间的低温下固化，使用部件尺寸限制小。
附图说明：
图1为304不锈钢基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层截面形貌。
图2为304不锈钢基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层表面形貌。
图3为Q235钢基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层摩擦系数曲线。
图4为马口铁基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层冲击试验宏观形貌。
图5(a)为Q235钢基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层经模拟海水浸泡160天后表面宏观形貌；图5(b)为Q235钢经模拟海水浸泡2天后表面宏观形貌。
图6为QAl10-3-1.5铝青铜基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层经质量分数为3.5％氯化钠水溶液浸泡阻抗值变化。
图7为QAl10-3-1.5铝青铜基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层经中性盐雾腐蚀后表面宏观形貌；其中：(a)0天；(b)25天；(c)62天。
图8为GCr15轴承钢基体上制备耐海洋腐蚀、耐磨、自润滑复合涂层润湿接触角测试实时照片。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层，由有机成膜物质和微米级填料组成，按质量百分比计，有机成膜物质占比40～60％，由环氧树脂(E20)、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)、聚酰胺树脂(650)和润湿分散剂(德国路博润SOLSPERSE32500)混合均匀得到。其中，环氧树脂10～21％、环氧改性有机硅树脂15～26％、聚酰胺树脂6～13％、润湿分散剂4～7％。微米级填料为石墨、碳化硅和聚四氟乙烯微粉的组合，原始粉末颗粒尺寸0.5～5μm，按质量百分比计，石墨粉10～20％，碳化硅粉16～30％，聚四氟乙烯粉10～25％。本发明通过有机成膜物质与微米调料之间的协同耦合作用，基于有机成膜物质优异的耐蚀性、柔韧性，并结合微米级填料的高耐磨性能、自润滑性能以及力学性能，使得该复合涂层具有高冲击韧性以及耐海洋腐蚀、耐磨损和自润滑等优异的综合性能。
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，以304不锈钢为合金基体，涂覆耐海洋腐蚀、耐磨损的自润滑复合涂层，制备工艺如下：
(1)按照比例固态环氧树脂(E20)12％、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)18％、聚酰胺树脂(650)6％、润湿分散剂(SOLSPERSE32500)4％(质量分数)配置有机成膜物质，在800r/min速度下搅拌分散10min至均匀透明(有机成膜物质质量分数总占比40％)；
(2)将石墨粉15％、碳化硅粉22％、聚四氟乙烯微粉23％依次加入混合树脂，石墨粉、碳化硅粉、聚四氟乙烯粉的原始粉末颗粒尺寸1～3μm，在1300r/min速度下搅拌分散15min，混合均匀形成混合物；
(3)加入占混合物总质量80％的研磨锆珠，在2300r/min速度下研磨分散0.5h；
(4)使用环氧稀释剂(X-7)调节涂料粘度在26秒左右，然后使用250#纱网对涂料进行过滤。
(5)将浆料喷涂到经喷砂处理的304不锈钢表面样品后，100℃固化3小时，关闭烘箱，将带有涂层的试样从烘箱中取出，大气冷却至室温。
如图1所示，制备的该复合涂层截面形貌，涂层厚度约为200μm，该涂层与Q235钢界面结合良好，涂层内部结构致密，无明显大孔洞等缺陷，有利于防止外界侵蚀性介质渗入。
实施例2
与实施例1不同之处在于，复合涂层配方更改为：
按质量百分比计，固态环氧树脂(E20)19％、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)24％、聚酰胺树脂(650)11％、润湿分散剂(SOLSPERSE32500)6％、石墨粉10％、碳化硅粉16％、聚四氟乙烯微粉14％；其中，有机成膜物质质量分数总占比60％；
本实施例的涂层厚度约为200μm，制备的该复合涂层结构致密，截面形貌与图1相似，与合金界面结合良好，涂层内部无明显大孔洞缺陷，无裂纹等。
实施例3
与实施例1不同之处在于，复合涂层配方更改为：
按质量百分比计，固态环氧树脂(E20)15％、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)20％、聚酰胺树脂(650)8％、润湿分散剂(SOLSPERSE32500)5％、石墨粉15％、碳化硅粉24％、聚四氟乙烯微粉13％；其中，有机成膜物质质量分数总占比48％。
涂覆合金基材为Q235钢，如图2所示，本实施例的涂层厚度约为200μm，制备的该复合涂层结构致密表面形貌，无微米级及以上尺寸缺陷，填料弥散均匀分布于有机成膜物质中，并与有机成膜物质界面结合良好。通过拉拔法测试涂层与合金基材界面结合力为13.4MPa。
实施例4
与实施例3不同之处在于，涂层烘烤固化温度为120℃，时间2h。涂层致密，无明显表观缺陷，类似于图2所示。对该200μm厚的耐腐蚀、耐磨自润滑复合涂层进行摩擦磨损实验，摩擦副为302不锈钢，测试时间为60分钟。如图3所示，试验后，该涂层摩擦系数极低，且摩擦系数曲线平稳，基本稳定在0.067左右，磨损率为3.2×10-5mm3/(Nm)，涂层具有优异的耐磨、自润滑效果。
实施例5
与实施例3不同之处在于，涂覆合金基材为马口铁薄片，涂层厚度为100μm，表面完好，无明显表观缺陷，类似于图2所示。涂层经质量为1kg，直径为4mm，垂直落下高度为50cm的半球形铁槌落下冲击，测试其冲击韧性。如图4所示，可以发现涂层表面具有一个较深的冲击韧窝，但是在100倍光学显微镜下观察涂层表面并无任何裂纹产生，说明该涂层具有高的冲击韧性。
实施例6
与实施例3不同之处在于，涂覆涂层的厚度降低至80μm。涂层表面完好，无明显表观缺陷，微观形貌与图2类似。经模拟海水浸泡腐蚀160天后，宏观形貌见图5a，该耐腐蚀自润滑涂层表面完好，未出现起泡、锈蚀点等现象，说明涂层具有很好的耐海水浸泡腐蚀性能。而无涂层的Q235钢在浸泡仅两天后，表面就出现明显的锈蚀坑(图5b)。
实施例7
与实施例3不同之处在于，涂覆合金基材为QAl10-3-1.5铝青铜，涂层的厚度为80μm。室温下在质量分数为3.5％氯化钠水溶液中进行电化学阻抗谱测试，测试时间为1740小时。如图6所示，可以看到涂层经长时间浸泡后，阻抗大小几乎没有降低(～1×108Ωcm2)，说明涂层的耐蚀性极好，具有优异的耐盐水腐蚀效果。
如图7所示，涂层经中性盐雾腐蚀试验考核0天、25天和62天后，从表面宏观形貌可以看出，未出现任何腐蚀点、锈迹以及涂层剥落现象。表明该复合涂层具有非常优异的耐盐雾腐蚀性能。
实施例8
与实施例3不同之处在于，涂覆合金基材为GCr15轴承钢。涂层制备态表面完好，无明显表观缺陷，表面微观结构与图2类似。如图8所示，测试涂层润湿接触角，涂层的接触角为106°，说明该涂层的疏水性较好，可以一定程度阻止水分子等腐蚀性介质的渗入。
实施例9
与实施例1不同之处在于，复合涂层配方更改为：
按质量百分比计，固态环氧树脂(E20)17％、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)22％、聚酰胺树脂(650)9％、润湿分散剂(SOLSPERSE32500)6％、石墨粉12％、碳化硅粉20％、聚四氟乙烯微粉14％；其中，有机成膜物质质量分数总占比54％。
本实施例的涂层厚度约为100μm，制备的该复合涂层结构致密，截面形貌与图1相似，与合金界面结合良好，涂层内部无明显大孔洞缺陷，无裂纹等。拉拔法测试界面结合力为14.1MPa，涂层耐受50cm落槌试验而无开裂剥落，摩擦系数0.062，磨损率3.6×10-5mm3/(Nm)，模拟海水浸泡腐蚀160天后涂层表面无锈点，盐雾腐蚀60天后表面无锈点。
实施例10
与实施例3不同之处在于，涂层中的微米级填料更改为石墨粉18％、碳化硅粉29％、聚四氟乙烯微粉5％(质量分数，聚四氟乙烯微粉的含量低于最低限)。本实施例的涂层厚度约为150μm，涂层制备态表面完好，无明显缺陷，微观结构与图2类似。测试涂层润湿接触角仅为92°，摩擦系数为0.352，未达到疏水与自润滑效果。而通过拉拔法测试涂层与合金基材界面结合力仅为9.1MPa。
实施例11
与实施例3不同之处在于，涂层中的微米级填料更改为石墨粉8％、碳化硅粉29％、聚四氟乙烯微粉15％(质量分数，石墨粉的含量低于最低限)。本实施例的涂层厚度约为100μm，涂层制备态表面完好，无明显缺陷，微观结构与图2类似。测试涂层摩擦系数为0.21，磨损量为8.6×10-5mm3/(Nm)，未达到耐磨与自润滑效果。
实施例12
与实施例3不同之处在于，涂层中的微米级填料更改为石墨粉16％、碳化硅粉15％、聚四氟乙烯微粉21％(质量分数，碳化硅粉的含量低于最低限)。本实施例的涂层厚度约为250μm，涂层制备态表面完好，无明显缺陷，微观结构与图2类似。测试涂层摩擦系数为0.076，磨损量为64.6×10-5mm3/(Nm)，涂层自润滑性能优异，然而未达到耐磨效果。
实施例13
与实施例1不同之处在于，复合涂层配方更改为：
按质量百分比计，固态环氧树脂(E20)11％、环氧改性有机硅树脂(SH-023-7)17％、聚酰胺树脂(650)6％、润湿分散剂(SOLSPERSE32500)4％、石墨粉19％、碳化硅粉29％、聚四氟乙烯微粉14％；其中，有机成膜物质质量分数总占比38％，低于最低限。
本实施例的涂层厚度约为250μm，制备的该复合涂层由于有机成膜物质过低(低于最低限40％)，微米级填料团聚，团聚区内缺陷较多，存在孔隙。经模拟海水浸泡腐蚀60天后，表面出现锈点，基体已发生腐蚀。
该涂层的拉拔试验测试，其与合金基体的界面结合力大小仅为6.9MPa，涂层/基材界面结合差。
实验结果表明，通过该工艺制备得到的复合涂层具有优异的力学性能、疏水效果、耐海洋腐蚀、自润滑性能，而且制备工艺简单，适合工业生产应用。
另外，以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例而已，不能以此局限本发明之权利范围，该复合涂层不仅可用于海洋装备，同样适用于航空、核能、电力、化工等其它腐蚀环境苛刻的传动部件的耐腐蚀、耐磨与自润滑。因此，依本发明的技术方案和技术思路做出其它各种相应的改变和变形，仍属本发明所涵盖的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层，其特征在于，该涂层由有机成膜物质和微米级填料组成，微米级填料均匀分散在成膜基体中；按质量百分比计，有机成膜物质占比40～60％，由环氧树脂、环氧改性有机硅树脂、聚酰胺树脂和润湿分散剂混合均匀得到；其中，环氧树脂10～21％、环氧改性有机硅树脂15～26％、聚酰胺树脂6～13％、润湿分散剂4～7％。
2.按照权利要求1所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层，其特征在于，微米级填料为石墨、碳化硅和聚四氟乙烯粉的组合，原始粉末颗粒尺寸0.5～5μm，按质量百分比计，石墨粉10～20％，碳化硅粉16～30％，聚四氟乙烯粉10～25％。
3.一种权利要求1至2之一所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于，制备步骤为：(1)基体处理，(2)料浆制备，(3)料浆喷涂，(4)涂层烘烤与冷却。
4.按照权利要求3所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤(1)基体处理工序具体为：对金属基材采用白刚玉按照国标Sa2.5进行喷砂处理，使基体表面粗糙度Ra<0.6，然后采用无水乙醇与丙酮混合溶剂清洗金属基体并晾干。
5.按照权利要求3所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤(2)料浆制备工序具体为：使用机械高速搅拌机对按配方称重好的原料进行混合；首先将环氧树脂和粘稠的聚酰胺树脂分别使用环氧稀释剂溶解成质量分数为40～50％环氧树脂稀释液和40～50％聚酰胺树脂稀释液；然后将环氧树脂稀释液、环氧改性有机硅树脂、聚酰胺树脂稀释液、润湿分散剂混合，使用高速搅拌机在600～1000r/min下搅拌10～15min至均匀透明形成混合树脂；随后将石墨粉、碳化硅粉、聚四氟乙烯粉分别加入到上述混合树脂中，在1000～1500r/min速度下搅拌分散10～30min，混合均匀形成混合物，然后加入占混合物总质量60～80％的硅酸盐研磨锆珠，用高速搅拌机分散在2000～2600r/min下搅拌分散0.5～2小时；使用环氧稀释剂调节涂料粘度，涂四杯流速为20～29秒。
6.按照权利要求3所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤(3)料浆喷涂工序具体为：采用室温空气喷涂的方式制备涂层，喷涂压力为0.2～0.4MPa，枪嘴与工件之间距离为15～25cm，采用与试样平行、垂直交替的方式喷涂；涂层厚度由喷涂次数控制，每次喷涂厚度为25～35μm，涂层总厚度为50～300μm。
7.按照权利要求3所述的耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层的制备工艺，其特征在于，步骤(4)涂层烘烤与冷却工序：在大气中进行，不需要真空或特殊保护气氛环境；将试样在80～120℃温度放置固化2～4小时，大气冷却至室温。
CN201910607531.XA 2019-07-04 2019-07-04 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺 Active CN110305558B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910607531.XA CN110305558B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910607531.XA CN110305558B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110305558A true CN110305558A (zh) 2019-10-08
CN110305558B CN110305558B (zh) 2021-07-09

Family

ID=68079323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910607531.XA Active CN110305558B (zh) 2019-07-04 2019-07-04 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110305558B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111995925A (zh) * 2020-08-12 2020-11-27 东风商用车有限公司 一种金属件紧固连接接合面涂层的防腐防松处理方法
CN112157255A (zh) * 2020-09-12 2021-01-01 天鑫精工科技(威海)有限公司 一种耐腐蚀模具材料及其制备方法
CN112457725A (zh) * 2020-12-15 2021-03-09 山东金芝麻环保工程有限公司 一种改性四氟掺杂纳米碳化硅环保防腐涂料及其制备方法
CN112647139A (zh) * 2019-10-11 2021-04-13 中国科学院海洋研究所 一种包覆缓蚀剂的核壳纤维增韧有机涂层及其制备方法
CN115301519A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 青岛河钢复合新材料科技有限公司 一种高硬度彩涂板的制备工艺及高硬度彩涂板
CN116120824A (zh) * 2022-07-22 2023-05-16 东北大学 一种可用于海洋高温腐蚀环境的自润滑核防护涂层及其制备方法
CN116550577A (zh) * 2023-04-14 2023-08-08 烟台大学 耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103102790A (zh) * 2013-01-30 2013-05-15 马鞍山钢铁股份有限公司 一种镀锌钢板用润滑涂料、自润滑镀锌钢板及其生产方法
CN109486339A (zh) * 2017-09-11 2019-03-19 中国科学院金属研究所 一种耐磨防腐蚀涂料及其制备方法与应用
CN109666378A (zh) * 2019-01-04 2019-04-23 福建龙溪轴承(集团)股份有限公司 一种高稳定性耐腐蚀自润滑涂料、涂层及制备方法
CN109836959A (zh) * 2017-09-20 2019-06-04 中国科学院金属研究所 一种耐磨自润滑防腐蚀涂料及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103102790A (zh) * 2013-01-30 2013-05-15 马鞍山钢铁股份有限公司 一种镀锌钢板用润滑涂料、自润滑镀锌钢板及其生产方法
CN109486339A (zh) * 2017-09-11 2019-03-19 中国科学院金属研究所 一种耐磨防腐蚀涂料及其制备方法与应用
CN109836959A (zh) * 2017-09-20 2019-06-04 中国科学院金属研究所 一种耐磨自润滑防腐蚀涂料及其制备方法与应用
CN109666378A (zh) * 2019-01-04 2019-04-23 福建龙溪轴承(集团)股份有限公司 一种高稳定性耐腐蚀自润滑涂料、涂层及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUELEI XU: "An easy-processing organic-inorganic self-lubricating composite coating with high corrosion resistance", 《PROGRESS IN ORGANIC COATINGS》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112647139A (zh) * 2019-10-11 2021-04-13 中国科学院海洋研究所 一种包覆缓蚀剂的核壳纤维增韧有机涂层及其制备方法
CN112647139B (zh) * 2019-10-11 2022-09-09 中国科学院海洋研究所 一种包覆缓蚀剂的核壳纤维增韧有机涂层及其制备方法
CN111995925A (zh) * 2020-08-12 2020-11-27 东风商用车有限公司 一种金属件紧固连接接合面涂层的防腐防松处理方法
CN112157255A (zh) * 2020-09-12 2021-01-01 天鑫精工科技(威海)有限公司 一种耐腐蚀模具材料及其制备方法
CN112457725A (zh) * 2020-12-15 2021-03-09 山东金芝麻环保工程有限公司 一种改性四氟掺杂纳米碳化硅环保防腐涂料及其制备方法
CN115301519A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 青岛河钢复合新材料科技有限公司 一种高硬度彩涂板的制备工艺及高硬度彩涂板
CN116120824A (zh) * 2022-07-22 2023-05-16 东北大学 一种可用于海洋高温腐蚀环境的自润滑核防护涂层及其制备方法
CN116120824B (zh) * 2022-07-22 2023-11-03 东北大学 一种可用于海洋高温腐蚀环境的自润滑核防护涂层及其制备方法
CN116550577A (zh) * 2023-04-14 2023-08-08 烟台大学 耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺
CN116550577B (zh) * 2023-04-14 2024-02-13 烟台大学 耐海洋气候工程零件表面涂层的涂覆处理工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN110305558B (zh) 2021-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110305558A (zh) 一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺
Huang et al. Al/Al 2 O 3 composite coating deposited by flame spraying for marine applications: alumina skeleton enhances anti-corrosion and wear performances
Vasudev et al. Electrochemical corrosion behavior and microstructural characterization of HVOF sprayed Inconel-718 coating on gray cast iron
CA3008781C (en) Threaded connection for pipe or tube and method for producing the threaded connection for pipe or tube
Agüero et al. HVOF-deposited WCCoCr as replacement for hard Cr in landing gear actuators
CA3009607C (en) Threaded connection for pipe or tube and method of producing the threaded connection for pipe or tube
CN104838024A (zh) 适于热喷涂的金属粉末
WO2004113749A1 (en) Bearings
CN104087789A (zh) 用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法
CN109666378A (zh) 一种高稳定性耐腐蚀自润滑涂料、涂层及制备方法
CN110629153B (zh) 一种石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层的制备方法
Güney et al. Wear and corrosion resistance of Cr2O3%-40% TiO2 coating on gray cast-iron by plasma spray technique
Vignesh et al. Slurry erosion behavior of HVOF-sprayed amorphous coating on stainless steel
CN107858624A (zh) 一种含碳纤维的耐蚀减磨涂层及其制备方法
Sassatelli et al. Manufacturing and properties of high-velocity oxygen fuel (HVOF)-sprayed FeVCrC coatings
Kumar et al. Analysis of the corrosion and wear of WC-10Co-4Cr+ GNPs coating applied to HSLA DH-36 steel using HVOF
Reddy et al. Solid particle erosion behaviour of plasma-sprayed (WC–Co)/(Cr3C2–NiCr) coatings
Bai et al. Effect of salt spray corrosion on tribological properties of HVOF sprayed NiCr-Cr3C2 coating with intermediate layer
Valentinelli et al. Mechanical and tribocorrosion properties of HVOF sprayed WC–Co coatings
Ceviz et al. The effect of temperature on wear Performance of high-velocity oxy-fuel sprayed WC-10Co-4Cr coating on AA7075-T6 Substrate
Lakshmi et al. Performance evaluation of thin cermet coatings produced by HVAF spray: a new approach for hard chrome replacement
Sridhar et al. Erosion–corrosion-resistant Coatings for seawater piping Components—A review
CN109112535B (zh) 一种提高Ti6Al4V合金高温自润滑耐磨性能的复合涂层材料及其制备方法
Ibrahim et al. Investigation of corrosion characteristics of plasma-sprayed composite coating on bearing steel through electrochemical and salt spray test
Madhan Kumar et al. Investigate the Effect of Blasting Materials on the Adhesion and Corrosion Protection Performance of Fusion Bonded Epoxy Coated Steel in NaCl Medium

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant