PPSSiO2纳米复合涂层抗冲蚀磨损特性研究

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1、专论 !“# “$%$?8$9A BC “D$? J?89$G79?E9;79 9;? $BK8 ?CC?D9 BC89?“?,3 “ABA附着力8级“#“ / C“?% “ABA耐冲击性8D-“#(%3%“?C “AAC试验中也发现纳米复合涂料中纳米 )72的添加量（质量分数） 不能超过 0， 否则制得的涂层性能会急聚下降， 而在 0 （质量分数） 之前， 涂层性能一直是上升的； 普通涂料中的 )72不能超过 (0 （质量分数） ， 在(0 （质量分数） 之前涂层的性能是上升的。所以本文 中纳米复合涂料中的纳米 )72的含量为 0 （质量分数） 左右， 普通涂料中大颗粒 )72的含量为 (0

2、 （质量分数） 左右。.两种涂层的抗冲蚀磨损性能比较 表 为 “#涂层和 #涂层的失重率。由测试结果可知， “#涂层的耐冲蚀磨损性约为 #涂层的 , 倍 （失重率比值） 。图 !， 图 冲蚀气流温度控制准确,可在3001100范围随意设定;增压式加料器加料速度、均匀性、流畅性好,可用于各种类型、粒度 、比重的磨粒;试样的温度可在200600范围任意设定;利用分段加热方式,可以大大简化复杂的试样冷却系统;试样装卸方便,试验周期较短,显著提高试验效 率,降低试验成本;该试验机结构简单,制造成本较低,维护方便.已申报专利.系统地利用自行研究、设计、制造的粉芯丝材制造设备(CWCM05、CWDM05)

3、,改进的超音速电弧喷涂设备(CAS-400),研制的高温冲蚀试验设备(HTEA-04)进行 无N保护和有N保护的工艺参数研究.首次以(56CrC+30Cr+6V.Fe+4Nb-Fe+4Mn)芯粉材料的粉芯丝材CW-T为涂层材料,通过改变喷涂速 度对涂层的组织结构、孔隙率、结合面互扩散、硬度、结合强度、内聚强度、抗氧化性和高温冲蚀性能进行研究,并通过试验对比,研究N保护的作用.选取 切实可行的最佳工艺参数(雾化气压0.8MPa,喷涂熔滴速度393m/s)用于后续的材料研究.己申报专利.利用粉芯丝材的特点,首次对Ti-Al金属问化合物复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能进行研究.所开发的

4、粉芯丝材抗高温磨蚀的性能由强到 弱依次为ACW1、ACW4.、ACW2、ACW3.经过喷涂工艺优化,Ti-Al系列金属间化合物复合材料可望作为优秀的抗高温冲蚀涂层材料.电弧喷涂层的结构表现为“叠层 “特征,“凝片“间存在由于喷涂过程中芯粉材料和表皮材料氧化导致的氧化物.本试验中,4类喷涂层在0.150.18mm AlO磨粒的高温冲蚀试验条件下,表 现出来的高温冲蚀磨损机理主要有脆断、疲劳剥落、切削和犁耕.研究了Ti-Al及Cr系金属间化合物电弧喷涂层超临界冲蚀规律.发现BCW1、BCW2涂层具有固溶体相和氧化物相相互间隔的叠层结构特点.氧化物以 FeO形式存在.800、150小时氧化增重试验结

5、果表明,BCW1和BCW2涂层的抗氧化性能分别是20钢的10倍和15倍.20钢的最大冲蚀率在15附近,而BCW1和 BCW2涂层的最大冲蚀率在45附近.不论是高冲击角还是低冲击角,BCW1、BCW2涂层的耐冲蚀性能都明显优于20钢.冲击角为45时,BCW1和BCW2涂层的耐冲蚀性 分别是20钢的3.1和3.0倍.研究了N保护对TiAl和CrC复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能的影响.研究发现,在N保护下的 电弧喷涂层比无保护时的涂层更为致密和均匀,氧化夹杂物明显减少,硬度显著提高.本实验条件下,凝片与凝片的分离,以及凝片的断裂、掀起和剥落是产生冲蚀 磨损的主要原因.而氧化夹杂物明显

6、降低凝片与凝片间的结合力,从而降低涂层抗高温冲蚀性能.氮气保护的CCW1、CCW2、CCW3电弧喷涂层的平均体积冲蚀率比无 氮气保护的分别降低3.3倍、2.3倍和1.0倍.研究了时效对含纳米复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能的影响.采用含纳米粉复合粉芯丝材进行电弧喷涂时,丝材的表皮材料和芯粉材料 能相互熔解和融合形成较均匀的固溶体.研究发现:时效处理使涂层中各组成相晶格缺陷减少,应力消除,结晶度提高,同时亚稳相分解,孔洞等缺陷减少,从而显著 提高涂层硬度,并使涂层中硬度分布更均匀.时效处理未明显提高DCW3涂层的抗高温冲蚀性能,但显著提高含纳米组分的.DCW1、DCW2涂层的耐高温

7、冲蚀性能,提高 幅度分别为20和29.首次研究了N保护对含纳米复合材料超音速电弧喷涂层组织结构及高温冲蚀性能的影响.N保护提高涂层的致密性和均匀性,组织的连续性得到明显 改善,涂层中氧化物显著减少.N保护使更多的合金元素熔入Fe中形成Fe基固溶体.透射电镜分析表明,纳米陶瓷相在基体相中呈较均匀的弥散分布状态.涂层 中的氧化物是影响冲蚀抗力的主要因素之一.N保护的涂层受磨粒冲蚀时,不会出现明显的层状形式流失,所以冲蚀率显著降低.ECW1、ECw2、ECW3的氮气保护 下涂层平均体积冲蚀率比无氮气保护的分别降低3.4、6.4和6.5倍.氮气保护显著减少纳米组分的烧损,改善纳米陶瓷相与基体相的结合,

8、更充分发挥纳米组分对 涂层的弥散强化作用.已获得发明专利(发明专利号:ZL200410017882.9).3.会议论文 张而耕.王志文 PPS/SiO纳米复合涂层的制备及性能研究.涂层的制备和性能测试 2002利用乳化剂、分散剂和稳定剂,制备了PPS、纳米SiO超细粉体的水基涂料,成功地解决了纳米SiO粉体的团聚问题.通过烧结的方法在试样表面制备 了PPS/SiO纳米复合涂层,涂层中SiO的粒度在200nm以下.纳米涂层在硬度、耐磨性、耐冲击性和附着力等方面明显高于普通涂层,它的耐冲蚀磨损性是 普通涂层的50倍.4.会议论文 张而耕.李占斌.王志文 防腐蚀纳米复合涂层的研究 2002简介了纳米

9、材料和纳米技术以及其在复合材料中的应用.制备了超细SiO增强、增韧PPS的纳米复合涂层,涂层中的SiO粒径在200nm以下.实验表明纳 米复合涂层的附着力、耐冲击性都优于普通涂层,耐冲蚀磨损率约为涂层的26倍.电化学交流阻抗测试也证明明纳米复合涂层对基体金属的防腐效果明显高于普 通涂层,而经过氟表面活性剂改性后疏水的纳米复合涂层的防腐蚀性能更佳.5.学位论文 张而耕 纳米SiO-PPS复合防腐蚀涂料的研究 2002冲蚀磨损广泛地存在于石油、化工等行业中,且造成的影响和损失相当巨大.多年来人们一直致力于零部件冲蚀磨损的防止研究,在材料选择、结构设计和表 面防护方面都进行了深入的研究,其中有机涂层

10、的表面防护被认为是一种理想而又有效的防止零部件冲蚀磨损的方法.该文从传统的有机涂层复合材料出发,利用 现代的纳米技术,制备了超细的纳米粉体,取代传统有机涂层中大尺寸的填料制得纳米复合涂层,用于弯头、阀门、叶片等小型零部件的冲蚀磨损的防护;另外还 对制备的纳米复合涂层进行改性,以研究一种用于抗海水腐蚀的表面疏水的纳米复合涂层.为此进行了许多研究工作,并取得了相应的成果.6.会议论文 张而耕.王志文 高聚物/无机物纳米复合涂层的制备和性能研究.溶胶凝胶法制备纳米SiO超细粉体 2002利用阴、阳离子交换法制备了能长期稳定存在的、粒径可控的、高浓度的硅溶胶,并通过溶胶凝胶法制备了纳米SiO超细粉体.

11、通过在凝胶过程中滴加 稳定剂的方法成功地解决了SiO颗粒的团聚问题为下一步制备高聚物/无机物纳米复合涂层创造了条件.7.期刊论文 刘少光.吴进明.张升才.胡小海.荣淑杰.李志章.LIU Shao-guang.WU Jin-ming.ZHANG Sheng-cai.HU Xiao-hai.RONG Shu-jie.LI Zhi-zhang 氮气保护对纳米复合涂层组织与性能的影响 -浙江大学学报（工学版）2008,42(3)采用氮气保护方法改进电弧喷涂技术,制备含纳米陶瓷颗粒的粉芯丝材电弧喷涂层,研究其组织结构和高温冲蚀性能.结果表明,氮气保护提高了涂层的致密 性和均匀性,组织的连续性和均匀性得到

12、明显改善,涂层中氧化物显著减少.氮气保护使更多的合金元素熔入Fe中形成Fe基固溶体,纳米陶瓷相在基体相中呈较均 匀的弥散分布状态.当氮气保护的涂层受磨粒冲蚀时,不会出现明显的层状形式流失.在本试验条件下,3种氮气保护涂层平均体积冲蚀率比无氮气保护均有显著提 高.氮气保护改善了纳米陶瓷相与基体相的结合,更有利于发挥纳米陶瓷颗粒对涂层的弥散强化作用.8.期刊论文 刘少光.吴进明.张升才.荣淑杰.胡小海.李志章.LIU Shao-guang.WU Jin-ming.ZHANG Sheng-cai.RONGShu-jie.HU Xiao-hai.LI Zhi-zhang 退火处理对含纳米陶瓷粉电弧喷涂

13、层组织结构与高温冲蚀性能的影响 -功能材料2006,37(12)开发含纳米组分的粉芯丝材,采用超音速电弧喷涂技术获得复合涂层,对涂层进行退火处理,结合金相、硬度、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析方法 对喷涂层的组织结构和高温冲蚀性能进行表征.结果表明:喷涂过程中粉芯丝材的表皮材料和芯粉材料能相互熔解和融合形成较均匀的固溶体;涂层中硬度分布较 均匀;退火处理使涂层缺陷减少,应力消除,亚稳相分解,同时结晶度提高,从而显著提高涂层硬度;退火处理后涂层耐高温冲蚀性显著提高.9.学位论文 侯铺云 AlO弥散强化NiCr基复合涂层性能研究 2008本文采用机械合金化(球磨法)、喷雾干燥和高温致密化热处

14、理方法制备Al2O3弥散强化NiCr基热喷涂用复合粉末。研究了不同的球磨时间、不同原始粉末体 积比以及不同原始粉末粒度对粉末性能的影响,并探讨了不同热处理温度对团聚体粉末物理性能的影响,测量了团聚体粉末的松装密度,振实密度及流动性,寻找 了最佳热处理温度处理雾化粉末,以满足热喷涂用粉末性能要求。并采用等离子喷涂(微束等离子喷涂、大气等离子喷涂)方法制备微纳米复合涂层。通过扫描电 子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等分析手段研究了喷涂层的微观结构,研究了复合喷涂层的耐高温性能以及机理,并对喷涂层在温度650时 的冲蚀磨损特性及机理进行了研究。本研究获得的主要成果如下：

15、1.采用球磨法制备微纳米级复合粉末,经喷雾干燥后的团聚体粉末颗粒尺寸在45-75m范围内,基本上为球形。经1050以上高温热处理后,仍保持球磨后粉 末的微纳米组织结构,粉末流动性和松装密度良好,适合于等离子喷涂制备涂层。2.在等离子喷涂制备的NiCr和复合涂层中,NiCr涂层呈现典型的微米颗粒的层片状结构。而复合涂层中的层状组织不明显,呈“复相”结构。涂层的性能依 赖于球磨后粉末的性能,弥散强化粉末的组织结构越均匀,得到涂层的性能越好,显微硬度也越高。3.在对NiCr和复合涂层进行高温氧化性能试验后表明,由于Al2O3颗粒弥散分布于复合涂层中,在高温氧化过程中,氧化物总是围绕Al2O3优先生长

16、,生成的氧 化膜不致密,因而复合涂层的抗氧化性能稍逊于NiCr涂层,但并不影响复合涂层在高温条件下的使用。4.650高温冲蚀试验表明,NiCr涂层为典型的塑性冲蚀机制,而复合涂层显示为塑性与脆性冲蚀机制共存,涂层的耐高温冲蚀性能优良。引证文献(2条)引证文献(2条)1.郑秋红.李小红.张平余.吴志申.张治军.党鸿辛 纳米复合涂层的制备和性能研究进展期刊论文-涂料工业 2004(12)2.李亚东.白宝丰.闫福丰.曹少魁.郭新永.张治军 火焰喷涂尼龙1010/纳米ZnO复合涂层性能研究期刊论文-表面技术2004(6)本文链接：http:/ 授权使用：中国石油天然气股份有限公司锦州石化分公司(zgsytrqjzsh)，授权号：8309e19f-312b-41aa-88c9- 9e63014edaf8 下载时间：2011年1月6日