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激光熔覆WC增强Ni基复合涂层组织和硬度的研究

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热加工工艺 2024年 1-4页

作者：杨超陈轩肖寒尹正培李广杰罗醒云南钛业股份有限公司昆明理工大学材料科学与工程学院上海工程技术大学材料科学与工程学院

实验选用具有高硬度、高熔点的WC硬质颗粒和韧性较好的Ni粉作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了致密WC增强Ni基复合涂层。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、显微硬度仪对熔覆涂层的显微组织、物... 详细信息

实验选用具有高硬度、高熔点的WC硬质颗粒和韧性较好的Ni粉作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了致密WC增强Ni基复合涂层。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、显微硬度仪对熔覆涂层的显微组织、物相、成分、硬度进行了研究。结果表明:实验采用WC:Ni质量比为7:3的粉末配比,在Ti-6Al-4V基体上制备了WC金属基复合涂层。涂层主要是由Ti2Ni、NiTi、WC、W2C、TiC、α-Ti等组成,杆状、枝晶状的黑亮TiC、块状的WC分布于整个涂层中和部分针状物分布于靠近界面基体一侧。涂层显微硬度平均硬度大约为760HV,基体的硬度大约为380 HV,涂层较基体硬度提高了约2倍,且从涂层表面到基体呈现平稳过渡的硬度梯度分布。

关键词：激光熔覆涂层 WC增强相

FeCoCrNiAl高熵合金涂层的等离子熔覆工艺研究

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热加工工艺 2024年第4期53卷 46-50页

作者：毛建军许启民赵禹张成林滕常青辛虹阳吴璐中国核动力研究设计院第一研究所四川成都610041 安徽工程大学高性能有色金属材料安徽省重点实验室安徽芜湖241000 安徽拓宝增材制造科技有限公司安徽芜湖241200

采用等离子熔覆技术在45号钢基体表面制备FeCoCrNiAl高熵合金涂层,研究熔覆电流和离子气流量对涂层表面形貌及孔隙率的影响。结果表明,当熔覆电流为180 A、离子气流量为2.5 L/min、熔覆速度为100 cm/min时,制备出的FeCoCrNiAl合金涂层... 详细信息

采用等离子熔覆技术在45号钢基体表面制备FeCoCrNiAl高熵合金涂层,研究熔覆电流和离子气流量对涂层表面形貌及孔隙率的影响。结果表明,当熔覆电流为180 A、离子气流量为2.5 L/min、熔覆速度为100 cm/min时,制备出的FeCoCrNiAl合金涂层与基体结合良好、无裂纹,孔隙率达到最低值0.0276%。该工艺制备的FeCoCrNiAl合金涂层高熵效应显著,但组织中除了具有BCC结构相以外,还存在具有FCC结构的Fe-Cr相、Ni-Co相、富Ni相、富Al相等成分。FeCoCrNiAl高熵合金涂层的显微硬度为500 HV,达到45钢基体的2倍以上。

关键词：高熵合金等离子熔覆涂层孔隙率硬度

多功能一体化仿生超疏水涂层体系的设计构建和性能研究

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多功能一体化仿生超疏水涂层体系的设计构建和性能研究

作者：高美唤长春工业大学

学位级别：硕士

目前,仿生超疏水表面除了具有优异的超疏水性能,在自清洁、防污、耐磨损和油水分离等方面也展现出潜在的应用前景。金属表面在多种工程应用,在航空航天、汽车、船舶和建筑装饰等领域中尤其重要。然而,由于金属材料在服役期间时常面临多... 详细信息

目前,仿生超疏水表面除了具有优异的超疏水性能,在自清洁、防污、耐磨损和油水分离等方面也展现出潜在的应用前景。金属表面在多种工程应用,在航空航天、汽车、船舶和建筑装饰等领域中尤其重要。然而,由于金属材料在服役期间时常面临多种复杂且恶劣的工作环境,造成表面功能缺少和失效的严重问题,包括较差的耐腐蚀性、易结冰、防火性能不良和表面污损等。受自然界中典型的生物体表低粘附的超疏水现象的启发,将金属表面向超疏水性的转变有望提供和丰富额外的功能性。目前,传统制备具有超疏水性功能表面的方法普遍存在制造成本高、生产技术复杂、设备依赖度高、性能不稳定和实际应用困难等缺点,严重制约了超疏水表面在生产生活中的广泛实施和应用。因此,开发制备过程简单、低成本、性能优异、耐持久性强和无毒无害的多功能一体化超疏水涂层是当今研究的主攻方向。因此,本文采用简单、高效、低成本和可大规模实施的喷涂技术,针对金属材料面临的不同表面功能性需求的关键科学问题,分别设计并制备出三种超疏水涂层体系。(1)仿生多功能超疏水涂层的构建和性能研究受天然植物表面超疏水特性的启发,直接采用未改性的填料建立高性能的超疏水涂料体系,制备出仿生多功能超疏水涂层。结果表明,所制备的涂层的水接触角和水滑动角分别可达155.4°和8°,证实低表面附着力的超疏水性的形成。同时,所制备的涂料表现出良好的自清洁特性、防污特性和防结冰特性。并且,所制备的涂层在50个机械摩损循环后仍能保持超疏水性。同时,涂覆超疏水的铜网也具备优秀的油水分离能力,分离效率高达95%。此外,还对超疏水涂层的耐腐蚀能力进行了系统研究,并初步推断出超疏水涂层潜在的防腐机理。因此,通过简单的策略建立了具有仿生结构的多功能和坚固的超疏水涂层,未来有望应用于金属腐蚀防护和多功能表面材料领域。(2)无卤阻燃防火型仿生超疏水涂层的构建和性能研究通过简单的通过喷涂-热固化的技术,采用疏水改性的聚磷酸铵作为阻燃剂,在不同的基底表面制备出一种新型清洁阻燃防火型仿生超疏水涂层。实验表明,超疏水涂层的水接触角和水滑动角分别达到157.5°和5°,且制备的超疏水涂层在不同的基底表面均具有良好的超疏水性和低粘附性。基于这样独特的表面性质,制备的涂层展示出有良好的自清洁特性和防污性能,能够有效地防止污垢和污染物的附着。此外,超疏水涂层具有较好的耐久性、稳定性、耐腐蚀能力和高效油水分离特性。最重要的是,相比于传统金属表面的超疏水涂层,所制备的涂层展示出优异的阻燃防火性能。火焰灼烧实验表明,相对于纯聚合物涂层,涂覆超疏水涂层的碳钢的背板温度低至287°C,峰值热释放速率和总热释放值分别降低了3.6%和26.1%,表现出优异的阻燃防火性能。因此,这些优势不仅能够有效防止钢结构在火灾中的坍塌,提高金属材料的防火安全性,同时可以赋予金属材料以表面多功能性,具有广泛的实施潜力和应用前景。(3)清洁型水性仿生超疏水多功能涂层的构建和性能研究针对传统涂层制备过程中挥发性有机溶剂的释放对生态环境的污染问题,受到自然生物表面的超疏水现象启发,设计制备了一种水性超疏水涂层。结果表明,该涂层的水接触角和水滑动角分别可达到155.5°和9.2°。基于化学结构和表面形貌分析,这主要归因于低表面能物质在具有分级的微/纳米粗糙结构的涂层表面富集。因此,所制备的超疏水涂层能够同步实现自清洁、防污、防结冰、油水分离和耐腐蚀性等一系列综合多功能性,并且具有一定的耐久性和稳定性。这部分研究工作的开展,能够实现零挥发性有机溶剂排放的超疏水涂层制备目标,符合绿色环保涂层制备要求。综上所述,通过本论文的研究,所制备的超疏水涂层在各种工作场景下都展现出良好的性能,为低成本、环境友好、性能优异和耐久的功能涂层的研究开辟了新思路和新途径,进而在金属表面防护领域展现出较好的应用潜力和应用前景。

关键词：仿生超疏水多功能喷涂涂层

MoO3/BiVO4复合材料的制备及其在储能型光生阴极保护涂层中的应用

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MoO3/BiVO4复合材料的制备及其在储能型光生阴极保护涂层中的应用

作者：李思易北京化工大学

学位级别：硕士

金属腐蚀是一种无处不在的破坏性现象,一旦发生会造成材料失效、结构破损和各类事故发生,破坏生态环境,危害人类生命,给国家造成巨大的经济损失。金属防腐蚀常采用阴极保护法,在船舶制造、石油化工等行业有广泛应用。然而由于传统阴极... 详细信息

金属腐蚀是一种无处不在的破坏性现象,一旦发生会造成材料失效、结构破损和各类事故发生,破坏生态环境,危害人类生命,给国家造成巨大的经济损失。金属防腐蚀常采用阴极保护法,在船舶制造、石油化工等行业有广泛应用。然而由于传统阴极保护法能耗大、后期维护难并且对环境有污染,限制了其应用。近年来,光生阴极保护技术得到快速发展,因其利用太阳能对金属提供阴极保护,且不涉及其它资源的浪费,得到国内外学术界和工程领域的广泛关注。然而,现有光生阴极保护技术由于光催化效率低、无法实现暗态保护等问题,使其实用化进程受到严重影响,迫切需要开展相关研究予以解决。本论文针对发展储能型光生阴极保护技术的需要,基于储能策略,选择MoO3作为储能材料,并通过引入氧空位、增大比表面积、暴露活性晶面等技术手段,制备了高比电容的球状纳米MoO3;进一步将MoO3与光催化材料BiVO4复合构建了异质结,制备出球状纳米MoO3/BiVO4复合材料;在此基础上,与聚氨酯树脂复配制备了储能型光生阴极保护涂层。同时,基于DFT计算结果和上述试验结果的综合分析,探究了其性能增强机制以及暗态保护实现机制。本文主要研究工作如下:（1）通过水热法制备了三种不同形貌的纳米MoO3材料,采用引入氧空位、增大比表面积、暴露活性晶面等技术途径来提高纳米MoO3的比容量。HRTEM、BET、XPS、XRD测试结果表明,相比于线状和棒状,纳米球MoO3具有较高的氧空位含量和较大的比表面积,其暴露晶面为（110）。CV和GCD测试表明,纳米球MoO3出现储能行为是赝电容储能,具有较大的比容量,。结合试验结果并利用DFT计算,探究了氧空位含量、活性晶面对材料电子结构的影响,进一步阐明了材料储能性能的提升机理。（2）将储能材料球状纳米MoO3与光催化材料BiVO4复合构建异质结,制备了不同配比的球状纳米MoO3/BiVO4复合材料(B20M1、B10M1、B1M1),有效提高了材料的空穴-电子分离效率,并实现了在暗态环境下对金属的阴极保护。对材料的微观形貌、化学状态和晶体结构进行了表征。紫外测试结果显示MoO3的引入提高了材料的光吸收范围,降低了材料的禁带宽度。荧光光谱和电流-时间测试结果显示,B10M1光阳极具有较高的光电流密度（164μA/cm2）,表明B10M1材料内部空穴-电子分离率较高,可为金属提供更大的阴极保护电流。电流-时间和开路电位-时间测试结果表明复合材料在暗态环境下可以继续为金属提供阴极保护,使金属电位处于自腐蚀电位以下。其中,B10M1光阳极使金属电位发生最大负移（330 m V）,且关灯后与B10M1光阳极偶联的金属电位正移最小。综上所述,在光照和暗态条件下,B10M1光阳极的综合性能较好,可为金属提供优异的光生阴极保护。（3）分别将5 wt.%、15 wt.%、25 wt.%的球状纳米MoO3/BiVO4复合材料与聚氨酯树脂复配,制备出储能型光生阴极保护涂层,分析研究了填料含量对涂层接触角和力学性能的影响。结果表明,添加15 wt.%含量复合材料的涂层具有较好的亲水性和力学性能。I-t和EIS测试结果表明,PB10M1涂层具有较小的涂层电阻、电荷转移电阻和较大的光电流密度（394μA/cm2）,表现出更优异的光生阴极保护性能。PB10M1涂层长时间OCP测试结果表明,该涂层在光照一小时后,可在暗态条件下为金属提供超过15 h的阴极保护。

关键词：光生阴极保护 MoO3/Bi VO4复合材料储能材料涂层暗态保护

基于润滑、抗菌水凝胶的医用导管涂层的制备与性能研究

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基于润滑、抗菌水凝胶的医用导管涂层的制备与性能研究

作者：董风美长春工业大学

学位级别：硕士

大多数医用导管表面疏水且缺乏润滑性能,容易引起摩擦并导致并发症产生,如粘膜损伤和局部感染等。因此,良好的润滑性能可以有效减少医用导管在体内植入时的摩擦力,降低创伤并提高患者使用舒适度与安全性。在目前的改性策略中,水凝胶涂... 详细信息

大多数医用导管表面疏水且缺乏润滑性能,容易引起摩擦并导致并发症产生,如粘膜损伤和局部感染等。因此,良好的润滑性能可以有效减少医用导管在体内植入时的摩擦力,降低创伤并提高患者使用舒适度与安全性。在目前的改性策略中,水凝胶涂层因其接近活体组织特性且与人体组织更相容而被广泛应用于医用导管表面改性。然而,水凝胶涂层与医用导管的粘附性较弱,可能导致在长期使用过程中出现脱落现象,从而影响导管使用寿命和润滑效果。本文针对上述问题,利用水凝胶的可控理化特性并结合阳离子抗菌机制,在导管表面设计并制备了两种润滑-抗菌多效协调水凝胶涂层,具体研究工作如下:本论文提出了一种受聚电解质粘附特性启发的新方法,通过将润滑层(PVP/QCS/AAc)与聚电解质粘合剂(PEI/AAc)相结合,设计了一种具有优异亲水润滑和抗菌性能的耐用互穿水凝胶涂层。该方法在提高导管表面亲水润滑性能的同时并能保持导管表面结构完整性。所制备的水凝胶涂层具有均匀的厚度(～122μm)、较低的摩擦系数(～0.03)以及优异的亲水性能(～23.4°),该水凝胶涂层对大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性菌)均表现出良好的抗菌性并对细胞活性具有兼容性。更重要的是,该方法制备的水凝胶涂层经过超声浸泡、弯曲打结以及砂纸打磨等恶劣环境下依然能够稳定地粘附在导管表面。为了进一步增强水凝胶涂层与PVC导管表面的界面粘附强度,本论文通过将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚六亚甲基双胍盐酸盐(PHMB)引入到甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱-甲基丙烯酸羟乙酯(SBMA-HEMA)的共聚物中,PVP的引入在一定程度上提高了界面粘附强度,这是因为PVP中含有丰富的吡咯烷酮基,而吡咯烷酮基团中的氮原子可与相邻碳原子形成π键并与导管表面的羟基(等离子体处理)之间产生强烈的分子间相互作用,从而增强了界面粘附强度。根据实验结果表明,与未改性PVC导管相比,改性后导管表面的水接触角显著降低,从85.5°降至15.5°;同时,摩擦系数也明显降低,由初始的0.2下降至0.04。即使在摩擦载荷和频率增加的情况下,其摩擦系数仍然保持较低的数值。经过7天浸泡实验后,水凝胶涂层仍然保持完整,没有出现脱落迹象,表现出良好的界面粘附性能。综上所述,该工作为实现导管表面功能化开辟了新途径,对提高医疗设备表面润滑抗菌性能具有重要意义。

关键词：医用导管水凝胶涂层抗菌润滑

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本征抗菌型环氧树脂涂层的设计与性能研究

本征抗菌型环氧树脂涂层的设计与性能研究

作者：陈明暄河北大学

学位级别：硕士

随着新型致病微生物的频繁出现,人们越来越重视公共卫生安全,从而研发出了多种抗菌材料。其中利用改性环氧树脂制备的涂层材料,因较好的抗菌效果和较高的稳定性等优点而备受关注。但现有环氧树脂抗菌涂层大部分采用添加并释放抗菌剂策... 详细信息

随着新型致病微生物的频繁出现,人们越来越重视公共卫生安全,从而研发出了多种抗菌材料。其中利用改性环氧树脂制备的涂层材料,因较好的抗菌效果和较高的稳定性等优点而备受关注。但现有环氧树脂抗菌涂层大部分采用添加并释放抗菌剂策略杀菌,杀菌效果短且释放的杀菌物质对非目标物种具有潜在危害,因此,越来越多的研究者开始关注对本征环氧树脂抗菌材料的研发。生物基杀菌材料因生物相容性良好和原料易得等优点而被广泛研究。基于此,本文通过结构设计使用两种廉价的生物基原料分别制备了系列本征环氧树脂抗菌涂层,并详细研究了涂层的多种性能,具体工作如下:1、以含有邻苯二酚结构的生物基单体原儿茶酸（PCA）为原料,采用简单且高效的一步合成策略将其引入到乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）结构中,得到多功能环氧树脂前驱体。最后采用异佛尔酮二胺（IPDA）进行固化,制备了生物基热固性环氧树脂涂层。通过改变PCA在系统中的比例（PCA在体系中的含量为10%、30%和50%）实现对涂层的抗菌性能与粘附性能的调控。结果表明:固化树脂表现出优异的综合性能,尤其是在黏附力和抗菌效果方面。在纯环氧树脂中引入30%的PCA时,涂层和基材之间的黏附力从4.40 MPa增加到13.60 MPa,提高了近3倍。EGDE-30%PCA/IPDA涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率高达100%。以上现象归因于PCA中存在的邻苯二酚结构能够与各种基材之间形成较强的化学键和金属键等,并且该结构还可以作用于细菌的细胞膜,破坏磷脂双分子层,最终导致细菌死亡。此外,制备的涂层还具有优异的加工性能、环境稳定性和较高的透明度等。该设计方法为解决原料选择困难与合成工艺复杂等问题提供了一种新的思路。2、在第一部分工作的基础上,将生物基单体更换为带有共轭双烯结构的肉桂酸（CA）,采用一步合成策略将其与EGDE反应,得到环氧树脂前驱体。此外,再利用硅烷偶联剂（KH560）对二氧化硅气凝胶进行改性,将其掺杂到树脂体系中,提升体系的疏水性。并以异佛尔酮二胺（IPDA）作为固化剂,制备了同时拥有抗紫外性能、抗菌性能以及超疏水性能的多功能生物基环氧树脂涂层。通过调节肉桂酸在树脂中的比例（CA在体系中的含量为10%、20%和30%）探究了结构和性能的关系。结果表明:EGDE-30%CA/IPDA涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均高达99%,该涂层还表现出了优异的抗紫外效果,在320～400 nm波长范围内的紫外透过率几乎为0%。此外,引入二氧化硅气凝胶后,EGDE-30%CA-Si O2/IPDA涂层表面的静态水接触角高达154.3°,这是由于二氧化硅气凝胶在涂层表面形成了一层致密的疏水膜,使得涂层具备了超疏水性能。该物质与肉桂酸的协同作用可以将多数细菌等微生物排斥在外或者将微生物杀死。此设计思路为解决环氧树脂涂层特种功能性匮乏提供了一种新的方案,并扩展了其应用领域。

关键词：生物基原料本征抗菌环氧树脂功能化改性涂层

基于pH敏感凝胶PHVA/PEI负载缓蚀剂的涂层制备及其在海水环境中的防腐蚀性能研究

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基于pH敏感凝胶PHVA/PEI负载缓蚀剂的涂层制备及其在海水环境中的...

作者：张馨月烟台大学

学位级别：硕士

海洋环境十分严酷复杂,海洋工程装备在此环境中会不可避免地发生腐蚀失效现象,这对其服役安全造成了严重影响。涂覆有机涂层是一种有效的防腐蚀方法。由于外界环境的影响,有机涂层会出现破损、开裂等问题。自修复涂层具有防腐蚀作用和... 详细信息

海洋环境十分严酷复杂,海洋工程装备在此环境中会不可避免地发生腐蚀失效现象,这对其服役安全造成了严重影响。涂覆有机涂层是一种有效的防腐蚀方法。由于外界环境的影响,有机涂层会出现破损、开裂等问题。自修复涂层具有防腐蚀作用和自行修复破损的能力,已成为当前的研究热点。本论文以聚（丙烯酸羟丙酯-乙烯基三乙氧基硅烷-丙烯酸）/聚乙烯亚胺（PHVA/PEI）凝胶、负载缓蚀剂苯并三氮唑（BTA）的PHVA/PEI凝胶（BTA@PHVA/PEI）和单宁酸（TA）改性BTA@PHVA/PEI凝胶（TA@BTA@PHVA/PEI）的制备为切入点,分别对其化学结构和热稳定性等进行表征。在此基础上制备PHVA/PEI凝胶涂层（PHVA/PEI/EP）、BTA@PHVA/PEI凝胶涂层（BTA@PHVA/PEI/EP）和TA@BTA@PHVA/PEI凝胶涂层（TA@BTA@PHVA/PEI/EP）,研究了凝胶添加量对涂层性能的影响,揭示了涂层在海水环境中的防腐蚀机制。以下是本论文的主要研究结果:（1）通过自由基聚合法制备了PHVA/PEI凝胶,该凝胶具有p H敏感性。PHVA/PEI/EP涂层的5%热失重温度均有一定程度的增加,其原因是PHVA/PEI凝胶中的硅氧烷结构具有高键能,增加了涂层的热稳定性。浸泡相同时间后,PHVA/PEI/EP涂层的附着力均高于EP涂层,这是因为PHVA/PEI凝胶中的硅氧烷结构与环氧涂层中的胺基基团形成强化学键,增强了涂层附着力。当PHVA/PEI凝胶添加量为5 wt.%时,制备的PP-5/EP涂层具有最佳防腐蚀性能。PHVA/PEI/EP涂层在海水环境中的防腐蚀作用主要表现为:PHVA/PEI凝胶吸水膨胀,体积增大,有效填补了环氧涂层中存在的微小缺陷,增强了环氧涂层的物理阻隔作用,进而减缓了金属腐蚀。（2）通过自由基聚合法制备了BTA@PHVA/PEI凝胶,该凝胶对BTA的释放过程具有p H响应性。浸泡相同时间后,BTA@PHVA/PEI/EP涂层的附着力均高于EP涂层,这与强化学键的生成和缓蚀剂膜的形成有关。当BTA@PHVA/PEI凝胶添加量为5 wt.%时,制备的BP-5/EP涂层具有最佳防腐蚀性能。BTA@PHVA/PEI/EP涂层在海水环境中的防腐蚀作用主要表现为:凝胶增强了环氧涂层的物理阻隔作用,减缓了金属腐蚀;BTA分子与Fe原子形成缓蚀剂膜,一定程度上阻碍金属的腐蚀进程。（3）通过共沉淀法,实现了TA对BTA@PHVA/PEI凝胶的改性。浸泡相同时间后,TA@BTA@PHVA/PEI/EP涂层的附着力均高于EP涂层。当TA@BTA@PHVA/PEI凝胶的添加量为5 wt.%时,制备的TBP-5/EP涂层具有最佳防腐蚀性能。TA@BTA@PHVA/PEI/EP涂层在海水环境中的防腐蚀作用主要表现为:凝胶增强了环氧涂层的物理阻隔作用,减缓了金属腐蚀;BTA分子与Fe原子形成缓蚀剂膜,一定程度上阻碍了金属的腐蚀进程;TA分子与Fe形成单宁酸铁膜,延缓了金属腐蚀。

关键词： PHVA/PEI凝胶涂层缓蚀剂海水环境防腐蚀性能

超疏水/超亲水除冰防腐涂层的制备与性能研究

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超疏水/超亲水除冰防腐涂层的制备与性能研究

作者：杨婷婷齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,人们对于各种材料的需求逐渐增多,特殊润湿性材料也逐渐走进人们的视野,虽然特殊润湿性涂层材料的发展已经有几十年之久,但是涂层粘附力差、不耐腐蚀等问题仍然没有解决。这些问题使涂层在实际应用中严重受限,因此... 详细信息

随着科学技术的发展,人们对于各种材料的需求逐渐增多,特殊润湿性材料也逐渐走进人们的视野,虽然特殊润湿性涂层材料的发展已经有几十年之久,但是涂层粘附力差、不耐腐蚀等问题仍然没有解决。这些问题使涂层在实际应用中严重受限,因此需要发展一些粘附性好耐腐蚀的特殊润湿性涂层。基于此我们讨论了特殊润湿性涂层的研究进展,通过将稳定性好粘附性高的环氧树脂引入特殊润湿性涂层,成功地提高了特殊润湿性涂层的使用寿命,使特殊润湿性涂层可以更好地投入使用。自然界中的结冰现象会造成严重的经济损失和安全隐患。为了解决这些问题,论文的第一个工作制备了环保型防冰和除冰表面。在这项研究中,通过在微纳米结构Si O/Ti N颗粒存在下的简便聚合工艺,然后采用两步喷涂技术,制备了一种新型光热超疏水涂层。最佳涂层表现出卓越的超疏水性能,水接触角为159.1°,水滚落角低至1.2°,能够耐受胶带剥离、泰伯磨损、溶液浸泡、耐候和耐腐蚀。更重要的是,SiO/TiN涂层表现出优异的防冰/除冰性能,可以承受多次结冰/解冻循环。优异的防冰/除冰性能归功于坚固的超疏水表面和Ti N纳米颗粒的光热效应。我们的无氟设计策略为实际大规模环保防冰/除冰应用提供了重要指导。海洋产品的腐蚀造已经成了极大的经济损失。为了解决这个问题论文的第二个工作制备了一种耐腐蚀超亲水涂层。这项研究使用2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸对疏水性环氧树脂进行亲水改性,然后加入茶多酚改性的二氧化钛,使用简单喷涂的方法,制备了坚固耐腐蚀的超亲水涂层。该涂层具有很好的稳定性,可以经受砂纸磨损300次、胶带剥离500次以及有机溶剂浸泡10天。在经过盐雾腐蚀100 h后仍然有很好的防腐效果。我们所制备的超亲水涂层在海洋防腐方面有很大的应用潜力。

关键词：超疏水涂层超亲水无氟除冰

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无氟超疏阻燃涂层的制备及性能研究

无氟超疏阻燃涂层的制备及性能研究

作者：任方圆齐鲁工业大学

学位级别：硕士

人类受到自然界中生物体的启发,模仿其复杂的微观结构以达到超疏水性的研究已经有很多年的历史。但制备超疏水的材料并不环保,且涂层的机械性能较差,导致其面临很多实际问题。除此之外,为了拓宽超疏水涂层的应用范畴,使其具有多样化的... 详细信息

人类受到自然界中生物体的启发,模仿其复杂的微观结构以达到超疏水性的研究已经有很多年的历史。但制备超疏水的材料并不环保,且涂层的机械性能较差,导致其面临很多实际问题。除此之外,为了拓宽超疏水涂层的应用范畴,使其具有多样化的实用功能尤为重要。基于以上问题,我们探讨了具有多功能且环保的超疏水材料的进展。通过实验设计,分别在平面和非平面基底上制备了无氟环保的超疏水阻燃涂层。后者较前者具有半透明性,二者都具有较好的机械耐久性。超疏水和阻燃两种功能的结合,可以在特定的应用中提供更加全面和高效的保护,是材料科学中功能一体化的重要研究方向,将对社会的安全和环境的保护产生积极影响。本文利用季戊四醇四(3-巯基丙烯酸)酯(PETMP)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)通过巯基-烯点击反应在同一分子中引入环氧化物和长碳疏水性基团,后通过混合不同尺度的疏水粒子,达到超疏水效果。将苯基膦酸加入到八(3-缩水甘油醚氧丙基)笼型聚倍半硅氧烷(GPOSS)中达到阻燃效果。二者通过分布喷涂,阶段固化的步骤,制备了无氟、坚固、阻燃超疏水涂层。该涂层具有优异的超疏水性(WCA=165°)、自洁性和机械化学耐久性,即使在严酷的磨损、高温、紫外线照射和其他强碱性物质等恶劣环境下也是如此。此外,该涂层具有防冰、耐金属腐蚀和优异的阻燃性能。该技术可为高性能特种润湿材料在节能环保领域的应用提供技术支持和理论依据。论文的另一个研究提出了利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚磷酸铵(APP)提供阻燃性,聚二甲基硅氧烷(PDMS)和无氟超疏二氧化硅提供超疏水性,二者协同作用,通过简单分布浸泡法,在织物基底制备半透明的无氟超疏水阻燃涂层。该涂覆织物具有优异的超疏水性和自清洁性,可以去除污渍,还可以承受砂纸磨损、胶带剥离、紫外照射等机械稳定测试。在可见光范围内,涂层的平均透过率可达65.66%。此外,织物的极限氧指数从19.3%提升至41.1%,具有优异的阻燃性能。该涂层在个人防护等多个领域都有着巨大的应用潜力,为人类生活和工作的安全性提供强有力的保障。

关键词：无氟超疏阻燃半透明涂层