基于SiO_2纳米粒子的防腐耐磨涂层制备及其性能研究.pdf

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

摘要

金属材料在使用过程中，容易受到腐蚀和磨损等侵害，不仅对经济产生重大影响，

在特定情况下对人员安全和环境生态都会造成巨大危害。涂层是保护金属材料最简单、

有效的方式之一。针对涂层保护时间短、抗腐蚀磨损性能差等问题，新一代的涂层技术

通常会往其中加入缓蚀剂、纳米填料和微胶囊等材料，使得金属涂层在更恶劣的条件下

依然能够使金属基体得到长期有效的保护。

本论文的研究工作使用二氧化硅纳米粒子为材料，并通过化学改性和微胶囊技术制

备了两种环氧树脂的填料，通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）、扫描

电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等表征手段对改性二氧化硅纳米粒子、二氧化硅微

胶囊等进行成分和形貌的分析表征。通过拉拔仪测试填料对涂层附着力的影响；通过电

化学阻抗测试考察了填料对涂层防腐性能的影响；通过摩擦磨损试验机测试了填料的对

涂层的耐磨性能影响。本文的主要内容如下：

设计了一种缓释剂型有机硅前驱体，并将其化学接枝到二氧化硅纳米粒子上，成功

制备了一种新型纳米工程填料Ihn-SiO，掺杂进环氧树脂涂料中，制备环氧树脂复合涂

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层。实验探究二氧化硅的改性以及添加量对复合涂层在碳钢表面的保护作用的影响。通

过缓蚀剂前驱体的改性能够提高纳米填料在涂层中的分散性，改性的二氧化硅纳米粒子

通过机械增强作用和缓蚀剂分子阻隔作用将水分子及离子与表面金属隔绝，对提高复合

涂层的力学性能和耐腐蚀耐磨性能起着至关重要的作用。通过测试发现，在3.5wt.%

NaCl溶液浸泡120h后，添加0.5wt.%纳米粒子的环氧复合涂层的耐腐蚀性能最好，其

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低频阻抗模值|Z|可达到1.2×10Ω/cm，涂层的保护效率提升3倍以上。添加5wt.%纳

米粒子的复合涂层的摩擦系数和磨损率分别下降了90%和96.7%。

采用溶胶凝胶法制备了二氧化硅微球，在微球表面聚合一层带有双键活性的硅烷偶

联剂，通过种子聚合法将BTA和苯乙烯聚合在模板微球表面，制备SiO/BTA/PS微胶

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囊材料，该微胶囊具有良好的化学稳定性和热稳定性。将掺杂不同含量微胶囊的防腐耐

磨涂层在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡42天，进行了电化阻抗谱（EIS）测试和盐雾试验，

结果表明对比于空白环氧涂层，添加5wt.%微胶囊的防腐涂层在0.01Hz处的阻抗模量

提高了3个数量级，并测试了添加不同含量微胶囊的环氧复合涂层的划痕防腐性能，发

现在12h内添加5wt.%微胶囊的环氧复合涂层具有最佳的划痕防腐性能。通过摩擦磨

基于SiO纳米粒子的防腐耐磨涂层制备及其性能研究

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损测试发现，对比空白涂层，添加5wt.%微胶囊的防腐涂层的摩擦系数下降了79.6%，

说明该涂层具有良好的防腐耐磨效果。

关键词：环氧复合功能涂层；微胶囊；耐磨耐蚀涂层；二氧化硅材料；缓蚀剂

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ABSTRACT

Metallicmaterialsaresusceptibletoaggressionssuchascorrosionandabrasioninthe

courseoftheiruse,whichnotonlyhaveasignificantimpactontheeconomy,butincertain

circumstancescancausegreatharmtothesafetyofpeopleandtheecologyoftheenvironment.

Coatingisoneofthesimplestandmosteffectivewaystoprotectmetalma