KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 钛、镁及其合金材料表面减摩抗磨及耐蚀性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 李朝霞 | |
| Thesis Advisor | 王道爱 ; 卜伟锋 |
| 2019-05-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 减摩抗磨 Ti6Al4V 防腐 AZ31 Mg Friction-reduction Ti6Al4V Corrosion Resistance |
| Abstract | 轻金属材料由于其质地软易磨损、化学活性高易腐蚀等性质大大限制了它们在航空航天、汽车、电子、生物医学以及海洋工程等领域的应用。因此研究轻金属材料的减摩抗磨以及耐蚀新方法具有重要的意义。本论文首先综述了轻金属在服役过程中的腐蚀和磨损机理以及常用的抗磨耐蚀方法。然后，针对目前对轻金属材料新的更高的防腐耐磨性能要求，设计了一种核-壳结构软硬耦合的聚合物纳米球，并将其作为水润滑添加剂来改善Ti6Al4V合金减摩抗磨等摩擦学行为。同时，设计合成了两种新型长烷基链的季铵盐类缓蚀剂和炔醇类缓蚀剂，并将其充填到表面微弧氧化多孔结构中以提高其抗腐蚀性，进而实现对轻金属材料表面的减摩抗磨及耐蚀防护。本论文的研究内容及取得成果如下： 1.采用无皂乳液聚合法制备了单分散性软硬耦合聚合物纳米球P(SPMA-coSt)，并将其作为水润滑添加剂来改善Ti6Al4V合金材料的减摩抗磨性能。结果表明，与纯PS相比，P(SPMA-co-St)聚合物纳米球作为水润滑添加剂具有更好的抗磨性能，且随着亲水性SPMA单体含量的增加，摩擦系数和磨损量先减小后增大。此外，随着聚合物纳米球浓度的增加，摩擦系数和磨损量也降低到最低且保持稳定。上述软硬耦合聚合物纳米球具有良好的稳定性，当在摩擦过程中加载200N时，其球形形貌并未发生破坏。由亲水的软SPMA外壳和刚性PS核组成的聚合物纳米球作为水润滑添加剂表现出良好的减摩和抗磨性能，表明它们在水润滑和生物润滑领域具有潜在的应用价值。 2.通过无皂乳液两步聚合法制备了温敏性单分散核-壳结构聚合物纳米球，将其作为水润滑添加剂，系统地研究了基于PAAM/PAAC的互穿聚合物网络(IPN)温敏性纳米球的摩擦学性能。研究发现，所制备的聚合物纳米球在水介质中随着温度的变化表现出良好的溶胀-收缩能力，流变测试表明该聚合物纳米球分散液具有良好的胶体稳定性和粘弹性。摩擦学测试进一步表明该温敏核-壳结构聚合物纳米球具有优异的高承载和低摩擦的润滑性能，且在一定程度上可以降低医用金属材料Ti6Al4V合金与钢摩擦副之间的摩擦系数和磨损体积。此外，互穿聚合物网络(IPN)纳米球作为水润滑添加剂，其温度的变化对其摩擦系数也有一定的影响。综上，所制备的互穿聚合物网络(IPN)纳米球作为水润滑添加剂为设计一种有效软物质润滑材料提供了新的途径，温度的响应性也进一步为开发智能润滑剂提供了一定的理论基础。 3.利用协同效应，在AZ31镁合金表面制备了一种无机/有机复合防腐涂层，将经微弧氧化表面处理得到的微纳米多孔结构作为季铵盐型缓蚀剂的储存容器，并覆以环氧树脂面漆得到复合防腐涂层。动电位极化曲线和电化学阻抗谱测量表明，与裸AZ31镁合金相比，复合涂层浸泡在3.5wt％NaCl溶液中具有优异的耐腐蚀性，主要表现在其具有较低的腐蚀电流密度(9.7×10-9A/cm2)和较高的保护效率(99.3％)，并且在30天内仍具有很强的耐盐雾性能。因此，微弧氧化层的隔离保护、缓蚀剂M-16的抑制作用以及环氧涂层三者之间的协同防护效应，有助于对AZ31Mg合金基底的保护。 4.利用微弧氧化层(MAO)、炔醇类缓蚀剂N-16和疏水蜡膜在AZ31镁合金表面制备了一种新型有效的复合防腐涂层。其中，MAO处理得到的微孔和纳米孔作为缓蚀剂的容器，固体疏水蜡作为功能性密封隔离剂。动电位极化和电化学阻抗谱测量表明，与裸露的镁合金相比，有机-无机复合涂层在3.5wt％NaCl溶液中具有优异的耐腐蚀性，且其腐蚀电流密度较低(5.764×10-9A/cm2)，保护效率较高(99.7％)，这主要归因于缓蚀剂的有效抑制作用以及疏水蜡膜和MAO膜的物理屏障能力等三者的协同作用。结果表明，利用这种简单且低成本的策略所制备的有机-无机复合防腐涂层有望将在轻金属及其合金的腐蚀保护方面有更广泛的应用。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25300 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 李朝霞. 钛、镁及其合金材料表面减摩抗磨及耐蚀性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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