《荷溫耦合對金屬表面納米再製造塗層作用機理研究》是依託安徽工業大學，由喬紅斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：荷溫耦合對金屬表面納米再製造塗層作用機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：喬紅斌
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
冶金設備再製造是實現高效綠色鋼鐵工業發展模式的重要途徑，其塗層服役耐久性與安全性的重要理論基礎是荷溫耦合作用下跨尺度損傷機理和塗層表/界面行為與機理兩個關鍵科學問題，由於現今表面分析技術在材料表面失效研究中的局限性，上述問題尚未解決。本項目針對熱軋設備核心零部件，研究通過高速電弧噴塗工藝可控添加納米WS2與BaF2-CaF2共晶協同劑實現其自潤滑自修復功能，揭示跨微觀-介觀-巨觀尺度的疲勞損傷、磨損、腐蝕與塗層顯微組織和結構演變關聯性,具體包括以下四個方面：荷溫耦合作用下跨尺度疲勞損傷的微觀物理機制；荷溫耦合作用下跨尺度磨損、腐蝕損傷行為與機理；塗層界面的服役匹配行為、機理及設計；塗層表面自潤滑與自修復作用行為與機理。本項目能夠為荷溫耦合作用下的熱軋設備核心零部件再製造奠定理論基礎，同時也促進再製造研究新方法的發展。
結題摘要
在高載荷、高溫、高壓長時間條件下工作的冶金設備，每年消耗大量的備品配件。針對其重載高溫工作狀況，以延長金屬設備服役壽命為目標，有必要進行設備再製造的塗層套用研究。內容包括：有機聚醯亞胺、水性超薄防火塗層，其它四類有機樹脂粘結塗層，雷射重熔合金塗層，以及針對設備再製造的水性納米轉化帶銹塗層。四類有機樹脂粘結塗層中，又分別對比研究了二硫化鎢包覆、微膠囊化二硫化鎢、潤滑油微膠囊塗層，分別研究了各自的摩擦磨損性能及其延壽服役機理。在此基礎上，針對特殊高溫場合和重腐蝕介質研究了PEI改性介孔二氧化矽和改性石墨烯/PANI防腐塗層的作用機理。 當滑石粉為2%、Al2O3為6%~8%時，含二硫化鎢的聚醯亞胺塗層耐熱性能和減摩耐磨性能最佳，含二硫化鎢塗層的磨損機理以磨粒磨損為主。經KH550改性五個小時和經環氧樹脂E44改性的塗層磨痕形貌較光滑，同時在塗層表面仍然保留有WS2粉末，塗層耐磨性能優良。 PAM包覆機油所形成的固體潤滑塗層的磨損量與摩擦係數最小。分別採用密胺樹脂和脲醛樹脂包覆的兩類潤滑油微膠囊塗層顯著提升了塗層摩擦學性能，適當的外殼強度可以保證在潤滑試驗中微膠囊有效地釋放出足夠的潤滑油，保證塗層的潤滑性能，本文首次提出的該獨創性技術有利於微膠囊技術在摩擦學領域的推廣套用。 利用聚乙烯亞胺對介孔TiO2進行改性，當meso-TiO2/PEI 為0.5g，水性環氧樹脂10g，固化劑4g，水3g，塗層電阻Rc達到1217Ω·cm2。加入PGO/PANI填料，環氧樹脂塗層附著力由3級提高到1級，腐蝕等級由6級提高到0級；通過Tafel曲線，複合塗層的腐蝕電壓為-194.59mV、腐蝕電流為2.12×10-9A/cm2、電阻為3078.62KΩ·cm2以及防腐效率達到99.99%；PGO質量占PANI質量10%時防腐蝕效果提高2個數量級。 本文水性帶銹轉化塗料可直接塗刷於鏽蝕鋼鐵表面，所含有效成分能與鐵鏽相互作用，將鐵鏽轉化為塗層中具有獨特螯合作用的穩定填料。以此為基礎製得的系列塗料在馬鋼集團和南鋼集團套用之後已經在船體和鐵路器材推廣套用。
