聚醚醚酮基復合涂層的制備工藝及性能研究

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1、論文分類號：２學校代碼：１０７０８學號：１５０５０３８龜淡在＃孩ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ碩士學位論文Ｔ＇ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ聚醚醚酮基復合涂層的制備工藝及性能研宄指導教臟名：楊立軍教授學科名稱：材料加工工程論文提交眺漏糊Ｉ８｜論文答辯日期：２０１８年５月４ＩＩ｜丨｜｜｜■ｆｉｌｌｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍＫｍ

2、ｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍａｍｗｍｍｍｍｍｍｍｍＢｍｍａｍｍｍｍａｍａｍｍｍｍｍｗｍｕ申請工學碩士學位論文論文題目：聚醚醚酮基復合涂層的制備工藝及性能研究學科門類：工學一級學科：材料科學與工程培養(yǎng)單位：機電工程學院碩士生：王哲導師：楊立軍教授2018年5月StudyonPreparationProcessandPropertiesofPolyetheretherketone-basedCompositeCoatingsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoft

3、heRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByZheWangSupervisor:Prof.LijunYangMay2018聚醚醚酮基復合涂層的制備工藝及性能研究摘要磨損作為能源消耗和零件失效的主要形式，每年給國家?guī)砹司薮蟮慕洕鷵p失和資源的浪費。因此基于精密機械零部件在運轉過程中的磨損失效問題，本文提出了一種應用于機械零部件表面的新型高聚物三元復合涂層，以聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）粉末作為基體材料，添加石墨和聚四氟乙烯來制備性能優(yōu)異的聚醚醚酮基復合涂層，有效地預防了機械零部件在運轉

4、過程中表面因局部損傷而逐漸發(fā)展成整個零件失效的問題。本文主要研究了聚醚醚酮基復合涂層基材預處理、制備方法、配方、制備工藝以及石墨含量對于復合涂層性能的影響。具體開展工作如下：（1）首先研究三種表面預處理（噴砂處理、氧化鈦氮化鈦過渡層以及鎳鋁合金過渡層）對復合涂層附著力的影響，研究發(fā)現，鎳鋁合金與復合涂層之間的犬牙交錯結構使得鎳鋁合金過渡層的附著力最大為3000N。（2）利用靜電噴涂和冷壓燒結的方法分別制備PEEK基復合涂層，探究了兩種制備方法下復合涂層的結構、力學性能和摩擦學性能。靜電噴涂過程中由于粉末沒有完全融化，而且涂層中容易混雜入空氣，導致涂層與基體連接不緊密，內部孔隙率較高。

5、相反，冷壓燒結制備的涂層致密度高，綜合性能優(yōu)異，其中復合涂層的硬度為21.78HV，摩擦因數為0.0461，磨損率為-63-1-12.06×10mm?N?m。（3）研究了石墨含量對復合涂層結構和性能的影響。研究結果表明：隨著石墨質量分數的增加，分子鏈柔順性下降、鏈段運動降低使涂層的結晶度和硬度逐步降低，摩擦因數逐漸降低，磨損率先下降后上升。同時，隨著石墨質量分數的增加，磨損機理開始以磨粒磨損和黏著磨損為主；而當石墨質量分數達到8%時，復合涂層表面出現了剝落現象，磨痕寬而深，這表明主要磨損機理變?yōu)榱似谀p。（4）采用雙因素全面實驗來研究使得PEEK基復合涂層性能最優(yōu)的涂層配方。通過極

6、差分析研究石墨質量分數和聚四氟乙烯質量分數對復合涂層性能的影響，研究發(fā)現：石墨質量分數對于復合涂層性能的提升起到了主導性作用。同時利用回歸分析建立石墨質量分數X與聚四氟乙烯質量分數Y之間的數學模型，最后通過計算得出復合涂層性能最優(yōu)異的配方：石墨質量I分數為4.2%，PTFE質量分數為5.8%，PEEK質量分數為90%。（5）利用正交實驗研究壓制壓力、燒結溫度、結晶時間對冷壓燒結復合涂層性能的影響，并采用極差分析方法分析正交實驗的結果，分別計算出顯微硬度、摩擦因數、磨損率的極差值，并判定復合涂層各個性能下的主要影響因素。綜合考慮使得PEEK基復合涂層性能最佳的工藝為壓制壓力140MPa

7、，燒結溫度390℃，結晶時間70min。關鍵詞：聚醚醚酮，聚四氟乙烯，石墨，冷壓燒結，摩擦學性能IIStudyonPreparationProcessandPropertiesofPolyetheretherketone-basedCompositeCoatingsABSTRACTWear,asthemainformofenergyconsumptionandcomponentfailure,bringshugeeconomiclossesandwaste