静电喷涂制备环氧/陶瓷防腐耐磨复合涂层及性能研究

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为了使防腐涂层具有更好的耐磨性,减少由于输油管道中油气中混合的砂粒对防腐涂层的冲刷磨损,延长防腐涂层的使用寿命。本文以性能优异、应用广泛的双酚A型环氧树脂为基料,辅助其它助剂,添加超细陶瓷颗粒(ZnO、Al2O3、TiO2)增强高分子聚合物材料,以提高有机涂层的力学性能和物理性能。  研究过程中采用显微镜表征环氧/陶瓷复合涂层的表观形貌,表面粗糙度,并观察环氧树脂与陶瓷之间的结合情况;通过划痕法及万能试验机评价了涂层的结合性能;在酸碱溶液中研究了复合涂层的耐腐蚀性;通过磨损试验研究了不同陶瓷添加量对涂层冲蚀摩擦及摩擦磨损性能的影响;采用SEM表征了涂层冲蚀磨损及摩擦磨损的表观形貌。研究结果表明:通过对高分子聚合物组分优化及采用适当的搅拌方法,陶瓷颗粒在聚合物中能够均匀分散。陶瓷含量的添加明显提高了环氧/陶瓷复合涂层的硬度、冲蚀磨损性能及摩擦磨损性能。研究得到的主要结论有:  (1)三层涂层是比较理想的防腐耐磨涂层,即首先在基本表面喷涂一层纯环氧涂层,然后喷涂环氧/陶瓷复合粉末涂层,最后喷涂一层纯环氧表层。当三层涂层的厚度基本为165μm,涂层的最佳喷涂参数为固化温度为220℃,固化时间为20min。  (2)采用16目的金刚砂,0.6Mpa的压力对基体喷砂处理,涂层的结合强度最高,可达到20Mpa以上;采用化学磷化处理的基体,涂层结合强度小于20Mpa;不进行表面处理,涂层的结合强度小于17Mpa。  (3)陶瓷颗粒能够在聚合物中均匀分散,随着陶瓷含量(0%-40%)的增加,涂层的硬度、磨损性能具有较高的提高。①当ZnO添加量为30%时,其维氏硬度为HV55.5,冲蚀磨损率0.42%,摩擦磨损率为0.008%,涂层的耐磨性提高了43%;②当Al2O3含量为30%时,涂层具有最佳性能,其维氏硬度为HV55.8,涂层的冲蚀磨损率和摩擦磨损率分别为0.58%、0.009%,耐磨性提高了32%;③当添加TiO2为20%时,涂层具有较好的性能,其维氏硬度为HV46.2,涂层最佳冲蚀磨损率为0.29%,涂层的最佳摩擦磨损率为0.006%,比纯环氧涂层的耐磨性提高了50%。几种复合涂层耐磨性能相比较可得:TiO2复合涂层>ZnO复合涂层>Al2O3复合涂层。  (4)涂层在冲刷作用下破坏的主要机理:高角度冲蚀时以切削及犁削作用为主,存在大钉扎作用;低角度冲蚀时,主要以切削和碾压为主,存在部分小钉扎现象;随冲蚀角度降低,涂层的冲蚀磨损程度也随之较小。
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