《表面技术》论文模板

收稿日期：2015-03-21；修订日期：2015-04-15Received：2015-03-21；Revised：2015-04-15基金项目:”十二五”科技支撑计划项目(2011BAK10B05,2012BAD29B05)；质监总局公益项目(2011IK260)Fund:SuportedbytheTwelfthFive-YearScienceandTechnologySupportProgram(2011BAK10B05,2012BAD29B05)andthePublicWelfareProjectoftheStateAdministrationofQualitySupervision(2011IK260)作者简介:XXX（1991—）,男，上海人，硕士研究生，主要研究方向为表面工程。Biography:XXX（1991—），Male,fromShanghai,Master，Researchfocus：surfaceengineering.通讯作者：XXX（1965—）,男，北京人，博士，教授,主要研究方向为再制造工程。Correspondingauthor：XXX(1965—),Male,fromBeijing,Doctor,Professor，Researchfocus：remanufacturingengineering.注：第一作者为学生的必须介绍通讯作者。SiO2对镁合金阴极电泳涂层耐磨性的影响XXX1，XXX2，XXX2（1.上海交通大学，上海200240；2.北京科技大学，北京100083）摘要：目的提高镁合金有机涂层的耐磨性能。方法用KH450硅烷改性SiO2粉体，并充分分散于电泳漆中。用KH460硅烷预处理镁合金表面，并阴极电泳复合涂层。通过铅笔硬度测试、摩擦磨损实验、画圈附着力测试、NMP(N甲基吡咯烷酮)试验和Machu试验，分别评价阴极电泳涂层的硬度、耐磨性能、附着力、抗NMP溶胀性能和耐蚀性，并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果在镁合金用KH460预处理的前提下，添加SiO2粉体使涂层硬度由4H上升为5H，同时也提高了涂层的耐蚀性，并且涂层的附着力保持为1级，抗NMP溶胀性能仍120h。在预处理镁合金基体上制得的原漆涂层和添加纳米SiO2的涂层耐磨性较好，磨痕深度与涂层厚度的比值分别为0.47和0.475，摩擦系数均低于0.4；在未预处理镁合金基体上制备的原漆涂层和在预处理镁合金基体上制备的添加微米SiO2的涂层耐磨性较差，磨痕深度与涂层厚度的比值分别为0.665和0.673，摩擦系数均大于0.7。四种涂层磨损破坏的机制主要为疲劳破坏。结论SiO2粉体的加入可以有效提高涂层的耐蚀性和铅笔硬度，同时不降低涂层的附着力和抗NMP溶胀性能。用硅烷对镁合金进行预处理，向电泳漆中添加硅烷处理的纳米SiO2，可有效提高阴极电泳涂层的耐磨性。关键词：镁合金；阴极电泳涂层；SiO2；硅烷改性；耐磨性；磨损机制中图分类号：TG147文献标识码：AEffectofSiO2ontheAbrasionResistanceofE-coatingsonMagnesiumAlloyXXX1,XXX2,XXX2(1.ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240；2.UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083)ABSTRACT:ObjectiveToimprovetheabrasionresistanceoforganiccoatingonmagnesiumalloys.Methodsinthispaper,SiO2powdersweremodifiedwithKH450silaneanddispersedinelectrophoreticpaint.ThesurfaceofmagnesiumalloyswasmodifiedbyKH460silane，andthencompositecathodeelectrophoresiscoatingswerepreparedonit.pencilhardnesstest,frictionandweartest,circleadhesionmethod，NMP(nmethylpyrrolidone)testandMachutestweretakentovaluethehardness,wearresistance,adhesion,anti-swellingpropertiesofNMPandcorrosionresistanceofelectrophoresiscathodecoatings,respectively.TheirmorphologieswerestudiedbySEMandOpticalmicroscopy(OM).Resultsthepencilhardnessofthecoating，whichwaspreparedonthemagnesiumalloymodifiedwithKH460,wasimprovedfrom4Hto5HbyaddingSiO2powdersandthecorrosionresistancealsobeincreasedtoo.Andtheiradhesionandanti-swellingpropertiesofNMPwerestillkeptat1classand120hrespectively.TheoriginalcoatingandthecoatingcontainingNanoSiO2powder,bothpreparedonthemagnesiumalloymodifiedwithKH460,hadgoodwearresistance,andtheirratiosofwearscardepthandcoatingthicknesswere0.47and0.475respectively,theirfrictioncoefficientswerelowerthan0.4;thecoatingprepareddirectlyonmagnesiumalloyandthecoatingcontainingMicronSiO2powderpreparedonthemagnesiumalloymodifiedwithKH460hadpoorwearresistance,andtheirratiosofwearscardepthandcoatingthicknesswere0.665and0.673respectively,frictioncoefficientsofthemishigherthan0.7.Themainlywearfailuremechanismofthefourcoatingbefatiguefailure.ConclusiontheadditionofSiO2powdercanimprovethecorrosionresistanceandpencilhardnessofcoatingseffectively,anddidnotdecreaseadhesionandanti-swellingpropertiesofNMP.ThepretreatmentofmagnesiumalloywithsilaneandtheadditionofNanoSiO2intheelectrophoreticpaintcanimprovethewearresistanceofcoating.Keywords:magnesiumalloy,cathodicelectrophoreticcoating,SiO2,Silanemodification,wearresistancewearmechanism在常用金属结构材料中，镁合金的耐蚀性较差，常需进行耐蚀防护处理，如有机涂层、微弧氧化和稀土转化膜[1-3]等，其中最常用的是有机涂层防护处理。该方法具有操作简便、成本低、环保、涂层耐蚀性强等优点[4]，但涂层耐磨性较差，在使用过程中，镁合金部件与其他物品发生摩擦、磕碰，都会对有机涂层造成损伤，这既影响了美观，也影响了膜层的防护性能。1试验1.1涂层制备所用变形镁合金AZ31B的化学成分（以质量分数计）为：Si0.021%，Fe0.0015%，Cu0.0011%，Mn0.4%，Al2.91%，Zn0.85%，Ni0.00084%，Mg余量。镁合金的前处理流程为：60℃洗衣粉溶液中浸泡40min→水清洗干净→砂纸打磨至2000号→酒精中洗净→晾干备用。1.2性能测试及组织观察1）采用UMT摩擦磨损测试系统测试四种涂层的耐磨性能。取完整样品，在中间沿宽度方向以直线往复式进行摩擦磨损测试，相关测试参数如下：滚球为直径2mm的GCr15钢，摩擦速度15mm/s，载荷5N，测试时间10min。用蔡司EVO18扫描电镜、数码相机、奥林巴斯BX53光学显微镜对涂层及其摩擦磨损后的磨痕进行观察，并用扫描电镜附带的EDS能谱仪分析元素和成分。2）采用NMP试剂测试涂层的抗有机溶剂溶胀能力。将样品冲成直径为13mm的圆片，浸泡于NMP液中，水浴温度为60℃。3）通过Machu实验对涂层的耐蚀性进行评价，所用腐蚀介质为5%NaCl+0.6%H2O2（均为质量分数）溶液。先对样品进行封边处理，用工具刀在涂层表面矩形对角线上刻划两条深达基体的划痕，划痕长度为4cm，再在37℃下浸泡24h，之后更新腐蚀溶液，再浸泡24h。取出试样，用胶带沿划痕剥离涂层，观察涂层脱落程度。2结果及分析2.1硅烷改性SiO2粉体对涂层基本性能参数的影响四种阴极电泳涂层的性能测试结果见表2。由表2数据可知，与未加入SiO2粉体的涂层相比，加入粉体的涂层厚度有所增加，硬度提高。E-coating涂层在附着力测试中剥落较多，为2级，在NMP试剂中浸泡30分钟就完全剥落；而其他经硅烷处理的三种涂层结合力均为1级，抗NMP溶胀性能都大于120h；这说明采用KH460硅烷对镁合金基体进行表面改性，可以有效改善涂层与基体的界面结合。2.2硅烷改性SiO2粉体对涂层耐磨性能的影响图1为四种涂层的表面形貌。可以看出，E-coating和KH460+E-coating表面较为平整，加入两种粉体后的涂层表面粗糙度明显增大，其中NanoSiO2/E-coating的粗糙度最大。这可能是由于纳米SiO2颗粒较小，而且数量较多，较大地改变了涂层的成分和结构，从而导致涂层的表面粗糙度增大。虽然加入两种粉体的涂层粗糙度较大，但是总体来看，其表面的凸凹起伏分布较为均匀。aE-coatingbKH460+E-coatingcMicronSiO2/E-coatingdNanoSiO2/E-coating图1电泳涂层的表面形貌Fig.1SEMofdifferentcoatings成分分析结果(见图2)显示，MicronSiO2/E-coating和NanoSiO2/E-coating中的Si含量相近，Si原子数分数分别为36.43%和38.26%，较KH460+E-coating中的Si含量明显增加。Si含量相近说明这两种涂层中的SiO2含量相当。这可能是由于纳米SiO2颗粒较小，且表面能较大，容易分散在电泳漆的浆料中，并形成良好吸附或包裹，较容易电泳到涂层中，使得涂层中的纳米SiO2颗粒数量较多，因此总体上来看这两种涂层的成分是相当的。a测点1b测点2c测点3d测点4图2图1中各点的EDS分析Fig.3EDXanalysisofFig.2：a)point1,b)point2,c)point3,d)point4对图5中的磨痕进行分析，测量出磨痕宽度，再根据公式（1）可以计算出各试样磨痕的平均深度，结果见表1。可以看出，KH460+E-coatingd的磨痕最浅，其次为E-coating和NanoSiO2/E-coating，MicronSiO2/E-coating的磨痕最深。四种涂层的磨痕深