封孔处理对铁基非晶涂层腐蚀与摩擦行为影响的研究

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非晶涂层具有高硬度、良好的耐腐蚀性能以及耐磨性能,在表面工程领域具有广泛的应用前景。然而,研究发现喷涂过程中产生的孔隙极大地影响了非晶涂层的服役性能与使用寿命。本论文针对这一问题,开展了针对非晶涂层的新型封孔处理工艺研究,并系统研究了封孔前后非晶涂层的结构、腐蚀与摩擦磨损性能。本文采用超音速火焰喷涂技术制备了Fe43.7Co7.3Cr14.7Mo12.6C15.5B4.3Y1.9(at.%)非晶涂层,通过PTFE超声封孔工艺非晶涂层进行封孔,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行结构分析,利用接触角测试仪(Contact Angle Tester)测量涂层的接触角,利用电化学工作站(Electrochemical Workstation)与盐雾腐蚀试验箱(Salt spray corrosion test chamber)评价涂层的耐腐蚀性能,利用摩擦磨损试验机(Friction and wear tester)测量涂层的摩擦学性能。研究发现,PTFE超声封孔后的非晶涂层的腐蚀性能和摩擦性能均优于传统磷酸铝封孔后的非晶涂层以及未经过封孔处理的非晶涂层。例如,PTFE封孔后非晶涂层阻抗模|Z|的值是磷酸铝封孔非晶涂层10倍,表明前者具有更为优异的封孔效果与耐腐蚀性能。此外,由于PTFE是低表面能物质,经过PTFE封孔后的非晶涂层的静态接触角达到120°,具备一定的疏水性,且在一定倾斜角度下,水滴能自然滚落。进一步采用盐雾腐蚀和长期浸泡试验研究了封孔前后非晶涂层的长效耐蚀性能,结果表明,封孔后涂层的耐腐蚀性能显著提高,分析认为这主要是由于封孔后的涂层的孔隙率减少,降低了涂层发生点蚀等腐蚀的可能性,同时PTFE本身具有极好的耐腐蚀性,封孔进入涂层内部的PTFE粒子起到明显的提高涂层的耐腐蚀性能的作用。干态和湿态(3.5%NaCl)环境下摩擦磨损试验结果表明,PTFE封孔后的涂层的摩擦系数分别为0.2与0.15,均低于未封孔非晶涂层。此外,PTFE封孔后的涂层在干态和3.5%NaCl条件下的磨损速率仅为4.5×10-6mm3/N m和3.3×10-6mm3/N m,均远远低于未封孔的铁基非晶涂层,表明PTFE封孔涂层具有更好的减摩耐磨性能。分析认为,非晶涂层中孔隙等缺陷的显著降低以及PTFE自身良好的润滑效果是封孔非晶涂层具有显著提高耐磨性能的主要原因。
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