一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层及其制备方法，所述粘结涂层涂覆于基体表面，所述粘结涂层包括石墨烯油填料和树脂体系，所述石墨烯油填料嵌入树脂体系的三维网络结构中并填补树脂内部的孔隙，并通过钛酸酯偶联剂对树脂改性、钛酸酯偶联剂对多层石墨烯改性、石墨烯油乳化以及双喷枪系统喷涂破乳等步骤制备得到；本发明专利技术利用了流动性石墨烯油填料的“完全填隙效应”，不仅能够阻碍腐蚀性离子的侵入，提高防腐性能，还能在摩擦过程中液体石墨烯油源源不断地转移到摩擦界面起到减摩抗磨作用，并创新地采用“乳化

【技术实现步骤摘要】
一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及表面工程
，具体涉及一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机防腐减摩涂层防护是一种将功能性增强填料分散于有机粘结剂中，利用喷涂、旋涂、刷涂等涂装工艺将其粘结于机械部件表面以实现防护的表面处理技术，其通常以优异的基底粘结能力结合填料的功能化特性来实现对运行工件的耦合防护，这目前也是解决严苛服役工况下(如高辐照、高盐雾、强摩擦等)工件腐蚀与摩擦防护问题一个重要的途径。
[0003][0004]公开号为CN109666378A的中国专利公开了一种以环氧树脂、环氧改性有机硅树脂为粘结剂，650聚酰胺为固化剂，润滑剂为石墨、碳化硅和金属粉的固体润滑涂层。虽然该专利技术专利提供了一种可用于海洋环境的耐腐蚀自润滑涂层，但是其和目前绝大部分润滑防腐涂层一样，为提高润滑防腐效果而在树脂体系内大量加入的固体功能化填料本身就具有较大的比表面，彼此间较强的相互作用会使其处于热力学不稳定状态从而易于团聚，这种团聚产生的固体颗粒物在海上风电载荷振动工况存在冲击磨损的情况下，不但会进一步攻击裂纹区，加速工件表面裂纹扩展，使涂层快速丧失润滑功能，还会在树脂基体中产生缺陷，影响其防腐蚀性能。这对于精密化程度要求更高、可靠性要求更大和服役寿命要求更长的现代海上风电工业来说是致命的。同时，传统的固体防腐减摩涂层中的固体填料往往无法均匀完整地填满树脂基体的三维网络孔隙而引起缺陷，海洋环境中的高盐雾气氛中的腐蚀性离子会进一步侵蚀这些缺陷，从而使得抗腐蚀效果下降。
[0005]综上所述，在目前“摩擦
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腐蚀”的苛刻海洋环境下，需要一种具有高减摩抗磨、强防腐特性的耦合防护涂层，海洋服役环境的严苛性和现代海上风电对摩擦腐蚀防护的高要求与现有防护涂层性能不匹配的矛盾便成了当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决在苛刻的海洋工况环境下，海上风电、船舶等领域高端精密传动部件/系统面临的“高摩擦
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强腐蚀”的耦合破坏问题，目的在于提供一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层及其制备方法，利用流动性石墨烯油填料的“完全填隙效应”封闭树脂内部所有可能的孔隙，不仅能够阻碍腐蚀性离子的侵入，提高防腐性能，还能在摩擦过程中液体石墨烯油源源不断地转移到摩擦界面起到减摩抗磨作用，并创新地采用“乳化
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破乳化”油分散工艺制备得到腐蚀摩擦耦合防护涂层，可以满足目前海洋苛刻工况环境下对海上风电产业高端传动部件/系统的防腐和减摩要求。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]本专利技术提供一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，所述粘结涂层涂覆于基体表
面，所述粘结涂层包括石墨烯油填料和树脂体系，所述石墨烯油填料嵌入树脂体系的三维网络结构中并填补树脂内部的孔隙。
[0009]由于固体润滑填料本身具有较大比表面积，较强的相互作用会使其处于热力学不稳定状态从而易于团聚，加之冲击载荷的作用，团聚产生的颗粒物和部分磨屑不但会进一步攻击裂纹区，加速工件表面裂纹扩展，还会在树脂基体中产生缺陷，影响其防腐蚀性能。
[0010]基于此，本专利技术创造性地以液体石墨烯油取代固体润滑剂填料，在保证涂层极优异摩擦学性能的基础上，进一步彻底避免了由于固体润滑剂填料团聚对粘结涂层产生的消极影响。同时，在三维网络状树脂结构中分布的具有流动性的液体石墨烯油会填补树脂孔隙，利用流动性液体填料的“完全填隙效应”封闭了树脂内部所有可能的孔隙，由于油分子和海洋中的盐雾水分子完全不相容的特性，使得本专利技术的粘结涂层会极大程度地阻碍腐蚀性离子的侵入，并且其中的石墨烯片层还可以延长腐蚀介质的扩散路径，进一步阻碍腐蚀的发生。
[0011]因此，本专利技术利用具有流动性液体填料的“完全填隙效应”封闭树脂内部所有可能的孔隙，实现了完全不同于现有技术中利用固体阻隔填料的腐蚀抑制机制和效果，本专利技术提供的粘结涂层对铝合金底材、铍青铜底材等都具有良好的结合力，经过多次实验验证，证实了该粘结涂层具有优良的摩擦学性能和耐腐蚀性能，可以满足目前海洋苛刻工况环境下对海上风电产业高端传动部件/系统的防腐和减摩要求。
[0012]作为本专利技术进一步的技术方案，所述粘结涂层包括以下质量份数的原料：环氧树脂及固化剂18.5％～25.9％，多层石墨烯2.5％～3.5％，G2825基础油11.1％～15.6％，钛酸酯偶联剂12％～17％，乳化剂0.5％～0.7％，破乳剂1.2％～1.7％以及37.1％～51.9％的溶剂。
[0013]本专利技术利用钛酸酯偶联剂对环氧树脂进行改性，钛酸酯偶联剂分子链上的羟基和与环氧树脂上的羧基发生酯交换反应及钛酸酯偶联剂分子链上的R基与环氧树脂上的羟基反应形成偶联剂的单分子层起到偶联作用，在保证其较高反应活性、优异粘结性能、较小固化收缩率、优异耐腐蚀性的基础上，进一步通过增强树脂交联网络来改善其脆性大、韧性差和耐磨损性能差的缺点，提升环氧树脂交联稳定性，屏蔽可能受到海洋环境中易发生腐蚀反应的活性基团，极大减少固化后涂层表面的活性作用位点数量，减少其与外界物质发生腐蚀反应，提高其抗腐蚀性。
[0014]本专利技术利用钛酸酯偶联剂对多层石墨烯进行改性，提高多层石墨烯在基础油中的分散性，得到分散性良好的石墨烯油并加入环氧树脂中，在保证涂层极优异摩擦学性能的基础上，进一步彻底避免了由于固体润滑剂填料团聚对润滑粘结涂层产生的消极影响。
[0015]作为本专利技术进一步的技术方案，所述环氧树脂为H228A型环氧树脂，其环氧值为0.51，固含量为50％～60％；所述固化剂为与H228A型环氧树脂配套的H228B型固化剂；所述基础油为G2825基础油；所述钛酸酯偶联剂为型号为KH
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550，纯度为95％；所述乳化剂为OP
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10乳化剂，纯度为99％；所述破乳剂为聚乙二醇聚丙二醇单甲醚，纯度为99.9％。
[0016]其中，H228A型环氧树脂和H228B型固化剂购于上海汉中化工有限公司。H228A型环氧树脂分子结构为：
[0017][0018]作为本专利技术进一步的技术方案，所述多层石墨烯的厚度为3
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8nm，片层直径10
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20μm，纯度为99.9％。
[0019]作为本专利技术进一步的技术方案，所述溶剂为N
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甲基吡咯烷酮和去离子水的混合物，所述N
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甲基吡咯烷酮和去离子水的质量比为(1～2)：(80～100)。采用特定配比的N
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甲基吡咯烷酮和去离子水的混合溶剂有利于环氧树脂的溶解和制备涂层过程中溶剂的挥发，相较于其他溶剂的优势在于这两种混合溶剂具有更好的环境友好性能，少量的N
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甲基吡咯烷酮能够使环氧树脂及固化剂溶解混合完全，大量的去离子水作为溶剂可在较低温度挥发。
[0020]作为本专利技术进一步的技术方案，所述粘结涂层厚度为100～250μm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，所述粘结涂层涂覆于基体表面，其特征在于：所述粘结涂层包括石墨烯油填料和树脂体系，所述石墨烯油填料嵌入树脂体系的三维网络结构中并填补树脂内部的孔隙。2.根据权利要求1所述的一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，其特征在于，所述粘结涂层包括以下质量份数的原料：环氧树脂及固化剂18.5％～25.9％，多层石墨烯2.5％～3.5％，G2825基础油11.1％～15.6％，钛酸酯偶联剂12％～17％，乳化剂0.5％～0.7％，破乳剂1.2％～1.7％以及37.1％～51.9％的溶剂。3.根据权利要求2所述的一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，其特征在于，所述环氧树脂为H228A型环氧树脂，其环氧值为0.51，固含量为50％～60％；所述固化剂为与H228A型环氧树脂配套的H228B型固化剂；所述基础油为G2825基础油；所述钛酸酯偶联剂为型号为KH
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550，纯度为95％；所述乳化剂为OP
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10乳化剂，纯度为99％；所述破乳剂为聚乙二醇聚丙二醇单甲醚，纯度为99.9％。4.根据权利要求2所述的一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，其特征在于，所述多层石墨烯的厚度为3
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8nm，片层直径10
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20μm，纯度为99.9％。5.根据权利要求2所述的一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，其特征在于，所述溶剂为N
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甲基吡咯烷酮和去离子水的混合物。6.根据权利要求1所述的一种防腐蚀与低摩擦兼具的粘结涂层，其特征在于，所述粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊小强，张仲攀，李文，蔡猛，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：