聚醚醚酮基复合涂层的制备工艺及性能研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０５０３８龜淡在＃孩ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ＇ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ聚醚醚酮基复合涂层的制备工艺及性能研宄指导教臟名：杨立军教授学科名称：材料加工工程论文提交眺漏糊Ｉ８｜论文答辩日期：２０１８年５月４ＩＩ｜丨｜｜｜■ｆｉｌｌｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍＫｍ

2、ｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍａｍｗｍｍｍｍｍｍｍｍＢｍｍａｍｍｍｍａｍａｍｍｍｍｍｗｍｕ申请工学硕士学位论文论文题目：聚醚醚酮基复合涂层的制备工艺及性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：机电工程学院硕士生：王哲导师：杨立军教授2018年5月StudyonPreparationProcessandPropertiesofPolyetheretherketone-basedCompositeCoatingsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoft

3、heRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByZheWangSupervisor:Prof.LijunYangMay2018聚醚醚酮基复合涂层的制备工艺及性能研究摘要磨损作为能源消耗和零件失效的主要形式，每年给国家带来了巨大的经济损失和资源的浪费。因此基于精密机械零部件在运转过程中的磨损失效问题，本文提出了一种应用于机械零部件表面的新型高聚物三元复合涂层，以聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）粉末作为基体材料，添加石墨和聚四氟乙烯来制备性能优异的聚醚醚酮基复合涂层，有效地预防了机械零部件在运转

4、过程中表面因局部损伤而逐渐发展成整个零件失效的问题。本文主要研究了聚醚醚酮基复合涂层基材预处理、制备方法、配方、制备工艺以及石墨含量对于复合涂层性能的影响。具体开展工作如下：（1）首先研究三种表面预处理（喷砂处理、氧化钛氮化钛过渡层以及镍铝合金过渡层）对复合涂层附着力的影响，研究发现，镍铝合金与复合涂层之间的犬牙交错结构使得镍铝合金过渡层的附着力最大为3000N。（2）利用静电喷涂和冷压烧结的方法分别制备PEEK基复合涂层，探究了两种制备方法下复合涂层的结构、力学性能和摩擦学性能。静电喷涂过程中由于粉末没有完全融化，而且涂层中容易混杂入空气，导致涂层与基体连接不紧密，内部孔隙率较高。

5、相反，冷压烧结制备的涂层致密度高，综合性能优异，其中复合涂层的硬度为21.78HV，摩擦因数为0.0461，磨损率为-63-1-12.06×10mmNm。（3）研究了石墨含量对复合涂层结构和性能的影响。研究结果表明：随着石墨质量分数的增加，分子链柔顺性下降、链段运动降低使涂层的结晶度和硬度逐步降低，摩擦因数逐渐降低，磨损率先下降后上升。同时，随着石墨质量分数的增加，磨损机理开始以磨粒磨损和黏着磨损为主；而当石墨质量分数达到8%时，复合涂层表面出现了剥落现象，磨痕宽而深，这表明主要磨损机理变为了疲劳磨损。（4）采用双因素全面实验来研究使得PEEK基复合涂层性能最优的涂层配方。通过极

6、差分析研究石墨质量分数和聚四氟乙烯质量分数对复合涂层性能的影响，研究发现：石墨质量分数对于复合涂层性能的提升起到了主导性作用。同时利用回归分析建立石墨质量分数X与聚四氟乙烯质量分数Y之间的数学模型，最后通过计算得出复合涂层性能最优异的配方：石墨质量I分数为4.2%，PTFE质量分数为5.8%，PEEK质量分数为90%。（5）利用正交实验研究压制压力、烧结温度、结晶时间对冷压烧结复合涂层性能的影响，并采用极差分析方法分析正交实验的结果，分别计算出显微硬度、摩擦因数、磨损率的极差值，并判定复合涂层各个性能下的主要影响因素。综合考虑使得PEEK基复合涂层性能最佳的工艺为压制压力140MPa

7、，烧结温度390℃，结晶时间70min。关键词：聚醚醚酮，聚四氟乙烯，石墨，冷压烧结，摩擦学性能IIStudyonPreparationProcessandPropertiesofPolyetheretherketone-basedCompositeCoatingsABSTRACTWear,asthemainformofenergyconsumptionandcomponentfailure,bringshugeeconomiclossesandwaste