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油气资源开采过程中PDC钻头的泥包问题是一种亟待解决的常见问题。聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的自润滑性能、高温稳定性和化学稳定性,常用于制备疏水涂层,适于对PDC钻头钢体进行表面改性,但需要进一步改善其疏水性能和耐磨性能。本文利用一步喷涂法在35CrMo钢基体上制备了碳纤维,石墨烯和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯的三种复合涂层,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察涂层表面及磨痕的二维和三维形貌,并测量不同复合涂层表面的静态接触角,研究填充物种类及比例对改性聚四氟乙烯复合涂层的疏水性和耐磨性的影响。主要研究成果包括:(1)碳纤维可以有效改善CF/PTFE复合涂层的摩擦学性能和疏水性。当碳纤维的质量分数为20%时,CF/PTFE复合涂层的摩擦系数达到最低值0.17±0.01,磨损率也达到最小值且比纯PTFE涂层的磨损率降低了29.7%,其主要磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。此时CF/PTFE复合涂层的接触角增加到122.0°±2.0°,显示出优异的疏水性。CF/PTFE复合涂层中氟元素从涂层内层转移到外层可能是其具有优异疏水性的原因。PTFE涂层内部的碳纤维可防止复合涂层的大面积破坏,对磨球上连续且均匀的转移膜可能是减少磨损的重要原因。(2)石墨烯改性PTFE复合涂层具有良好的摩擦学性能和疏水性。当石墨烯质量分数为3%时,复合涂层的摩擦系数降至0.11±0.01并且是最低的,磨损率相比纯PTFE涂层降低了63.8%。经过分析可知粘附于对磨球上的均匀且连续的转移膜有助于磨损率的降低使GE/PTFE复合涂层获得更好的耐磨性。3%GE/PTFE复合涂层的接触角增加到125.1°±1.8°,表现出良好的疏水性。分析认为是因为石墨烯在PTFE中均匀分散并形成交联结构,使复合涂层的表面粗糙度增加,并且复合涂层经过摩擦磨损实验后的磨损表面也表现出良好的疏水性,证明复合涂层的疏水性具有优秀的维持能力,这对于复合涂层的服役持久性以及延长使用寿命方面具有积极意义。(3)适量的聚苯硫醚可以提高PPS/PTFE复合涂层的摩擦学性能,但对疏水性影响不大。当聚苯硫醚的质量分数为10%时,PPS/PTFE复合涂层的摩擦系数降低到0.11±0.01,同时磨损率相比于纯PTFE涂层的磨损率降低了75.6%。随着聚苯硫醚质量分数的增加,PPS/PTFE复合涂层的磨损机理由磨粒磨损和粘着磨损并存逐渐转为粘着磨损为主。聚苯硫醚对PPS/PTFE复合涂层的疏水性能几乎没有影响,不同质量分数的聚苯硫醚改性聚四氟乙烯复合涂层的接触角大小相差约3°,说明PPS/PTFE复合涂层的疏水性更多的是受聚四氟乙烯本身性质的影响。