522 / 2021-06-19 10:22:53

火焰喷涂CNT/PEEK复合材料涂层的分解抑制和摩擦磨损性能增强研究

聚醚醚酮(PEEK)复合材料是一种高性能热塑性树脂基复合材料，然而聚醚醚酮溶解性差、熔点高，难以通过溶液法或熔融工艺制备高性能涂层，限制了聚醚醚酮复合材料涂层的应用。火焰喷涂技术作为一步“干式”大面积涂层制备工艺，可使高动能粒子在不完全熔融的条件下铺展，实现高熔点和高熔体粘度树脂基复合材料涂层的沉积。但是高的火焰温度通常会导致聚合物粉末的分解而改变聚合物基体的化学结构，对树脂基复合材料涂层的性能产生负面影响。本研究利用超声分散法将质量百分比0.1-2.0 wt.%的碳纳米管(CNT)与聚醚醚酮粉末进行共混，采用高速火焰喷涂技术在17-4PH马氏体不锈钢表面制备了碳纳米管增强聚醚醚酮复合材料涂层，分析碳纳米管含量对聚醚醚酮复合材料涂层的化学成分、结晶度、孔隙率、表面粗糙度、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。随碳纳米管含量增加火焰喷涂聚醚醚酮复合材料涂层的孔隙率和表面粗糙度降低，低含量碳纳米管在聚醚醚酮复合材料涂层分散状态的有效保持，有助于改善火焰与聚醚醚酮粉末间的传热而增强熔融粉末的有效变形和沉积。红外光谱表明分散良好的碳纳米管降低了火焰喷涂聚醚醚酮复合材料涂层中聚醚醚酮分解结构的含量，碳纳米管有助于增强涂层与不锈钢基体的热传导，从而抑制了聚醚醚酮基体的分解。具有1.0 wt.%碳纳米管的聚醚醚酮复合材料涂层展现了高的硬度、低的摩擦系数和低的比磨损率，分散良好的碳纳米管与聚醚醚酮有效粘结有助于促进干摩擦条件下对磨配副间完整转移膜的形成，增强了聚醚醚酮复合材料涂层的自润滑性能，高的抵抗变形和自润滑抑制了聚醚醚酮复合材料涂层的磨损。高含量碳纳米管的团聚造成聚醚醚酮复合材料涂层孔隙率增加，导致在摩擦过程中涂层易产生剥落，难以形成有效的转移膜，造成涂层易于疲劳磨损。