氮化硼改性环氧树脂复合涂层的摩擦学性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yh920927
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环氧树脂是一种具有化学性质稳定、电绝缘性能良好、粘结性强、力学性能优良等特点的热固性树脂,作为粘结剂、涂料、电子封装材料等被广泛应用在航空航天、船舶汽车、电子器件、建筑设施等诸多领域。但是由于环氧树脂固化后形成的三维交联网络结构,使得环氧树脂作为涂层应用时脆性大,抗磨性能不佳,导致涂层在摩擦过程中易被剥离脱落,失去对涂层基底的保护作用。因此,改善环氧树脂涂层的摩擦学性能是一个亟需解决的问题。填料改性是一种常见的改善环氧涂层摩擦学性能的方法,氮化硼化学性质稳定、机械性能良好,并且六方氮化硼具有良好的自润滑性能,可以增强环氧涂层的减摩作用,立方氮化硼具备高硬度,可以提高环氧涂层的硬度,从而大大增强环氧涂层的抗磨损性能。本文基于构建氮化硼改性环氧复合涂层减摩耐磨体系,系统考察了氮化硼对环氧复合涂层摩擦学性能的影响规律,深入研究了立方氮化硼(c-BN)和六方氮化硼(h-BN)二元复合填料对环氧涂层摩擦学性能的协同作用机制,以及六方氮化硼形状对环氧复合涂层摩擦学性能的影响关系。(1)c-BN和h-BN二元复合填料协同改性环氧复合涂层摩擦学性能随c-BN和h-BN结构比例变化而具有不同的表现。利用聚多巴胺修饰h-BN和c-BN提高了其在环氧树脂中的分散性,制备了不同结构比例的c-BN和h-BN改性环氧复合涂层,并在干摩擦和海水摩擦条件下考察了复合涂层的摩擦学性能。结果显示,c-BN和h-BN在干摩擦和海水摩擦条件下都可以提高环氧树脂复合涂层的摩擦学性能,当片层结构的h-BN含量较高时,由于h-BN良好的自润滑作用,复合涂层的摩擦系数和磨损率都有明显降低;当h-BN和c-BN含量相同时,干摩擦情况下,c-BN硬质颗粒进入摩擦界面使摩擦系数提高,海水摩擦条件下,由于海水对摩擦界面的冲刷,摩擦系数没有增加;当c-BN含量较高时,由于c-BN提高了复合涂层的硬度,使得其磨损率明显降低,而干摩擦下涂层摩擦系数仍有增加。氮化硼二元复合填料中片层结构的h-BN与类金刚石结构的c-BN含量比例发生变化时,h-BN的自润滑作用,c-BN对复合涂层硬度的提高以及c-BN对摩擦界面的损伤作用也在此消彼长的发生变化,共同作用于复合涂层的摩擦学性能。(2)不同形状六方氮化硼对改性环氧复合涂层摩擦学性能影响具有不同的表现规律和作用机制。利用聚多巴胺对h-BN纳米片和纳米球进行表面修饰,制备h-BN-环氧复合涂层,考察了h-BN纳米片和纳米球对环氧复合涂层摩擦学性能的影响规律。结果显示,纳米片和纳米球均能够提高环氧涂层的摩擦学性能。h-BN纳米片具有良好的自润滑性能,在摩擦过程中增强了摩擦界面的减摩效果,使得环氧复合涂层的摩擦系数和磨损率得到降低,当h-BN纳米片添加量在0.5 wt%时,涂层表现出最优的摩擦学性能,当含量升高时,由于纳米片的团聚使得复合涂层摩擦学性能下降。而六方氮化硼纳米球在含量为0.25 wt%时就可以明显改善环氧复合涂层的摩擦学性能,这是由于球形的六方氮化硼纳米球具有相对较高的比表面积,与环氧树脂的界面相互作用更优,从而作为硬质颗粒更能提高环氧树脂的承载能力,并且六方氮化硼纳米球在摩擦过程中可以脱落进入摩擦界面,提供一定程度的滚动摩擦,填补摩擦界面的凹槽和宽裂纹,使摩擦界面恢复平整变得光滑,从而降低了摩擦界面的摩擦系数。但是由于较高的比表面积,纳米球比纳米片更容易团聚,严重影响了复合涂层的摩擦学性能,使得纳米球添加量在0.5 wt%和0.75 wt%时,复合涂层的磨损率与0.25 wt%时相比分别增加了135.20%和139.52%。
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