随着现代工业的高速发展，各行业部门越来越多地要求设备能在高参数（如高温、高压、高速、高度 自动化）和恶劣工况条件下（如严重的磨损和腐蚀条件等）长期、稳定地运转，对设备零件表面的 耐磨、耐蚀等性能的要求日益苛刻。因此，材料表面保护技术的研究和开发越来越受到人们的重视 。火焰喷塑技术作为表面强化、表面防护和表面装饰的实用技术，已广泛应用于各行各业。利用火焰喷塑技术可在金属、陶瓷、水泥等多种基体上获得高附着力、厚度均匀可控的塑料涂层［‘ｊ。聚酚胺（俗称尼龙）是一类性能优良的工程塑料，具有良好的机械性能、耐化学腐蚀性能、自润滑性 能。石墨是一种多功能无机填料，具有优异的导热、减磨及润滑性能。因此，本文选用尼龙１０１ ０为喷涂材料的基材，石墨为耐磨、减摩填充改性剂来制备复合涂层，并对该涂层的抗粘、耐磨及耐蚀性能进行研究卜’。１试验１．互材料１．２仪器ＪＹ－８２型接触角测定仪，Ａｍｓｌｅｒ磨损试验机。１．３工艺１．４性能１．４．ｌ抗粘性能 液滴在固体表面上的接触角，是衡量该固体表面能否被该液体润湿的一种简单而有效的方法。也是判断该表面是否具有抗粘性能的一种手段。 喷涂试件经表面打磨、清洗后，在ＪＹ／８２型接触角测定仪上测定甘油（或水）在其表面上的接触角。涂层表面接触角的测定结果见表２。１．４．２抗磨性能 涂层耐磨性能的测定，可以确定该涂层的适用范围对评价该涂层的实用性具有重要的意义。耐磨试验在Ａｍｓｌｅｒ磨损试验机上进行，试件接触形式为环对瓦，理论接触面积 ２ ｃｍ’，瓦材为４５钢。 在不同转速下，通过连续加载方式测得载荷一扭矩（Ｐ－Ｔ）曲线，以确定摩擦系数同转速和负荷的 关系，以及一定时间内涂层的磨损量和涂层的摩擦升温规律。试验采用２０机油润滑。试验前对涂层进行磨合处理。在速度为１． ２ ｍ／ｓ，载荷 １２００ Ｎ，采用２０号机油润滑的条件下，涂层试样在磨损试验机上进行了ｌｈ磨损试验，涂层的磨损量及尺寸变化见表３。 涂层在不同转速下摩擦系数与载荷的关系曲线见图２～图３。涂层在摩擦过程中，摩擦面升温曲线见 图４。可见，尼龙／石墨复合涂层的耐摩性能优于纯尼龙。即石墨的加入，提高了涂层的耐磨性。ｌ·４·３耐蚀性能耐蚀试验采用室温浸泡法，腐蚀介质分别为：３０％盐酸、１５％硝酸、１５％ ＮａＯＨ、１５％硫酸，时间＞２５０ ｈ，并与整体尼龙材料进行对比。涂层耐蚀试验结果见表４，表５。 涂层在长时间浸泡后，径向尺寸变化很小，同整体尼龙材料相比，涂层耐蚀性能无明显下降。２结果与讨论２．１涂层的抗粘性能 测定液体在涂层表面接触角是考察该涂层是否具有抗粘性能。对于理想固体表面，接触角是判断液体 能否润湿固体表面最方便的方法。对于实际使用的非理想固体表面，接触角也可作判断其抗粘性能 的有效方法。对于实际固体表面，由于：（１）表面本身或由于表面污染（特别是高能表面），在 化学组成上往往是不均匀的；（２）原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不同的表面自 由能；即使同一晶面，因结构的畸变或缺陷，其表面自由能亦不同；（３）表面粗糙度不均匀等原 因，给接触角的测定带来极大的困难，重复性很差。但对于低能的高分子材料表面，经过精心制备和处理后，能得到较光滑、干净的接近理想状态的表面，测得的接触角具有较好地重复性。固体表面一般分为高能表面和低能表面。高能表面指的是金属及其氧化物，二氧化硅、无机盐等的表面，其自由能一般在５００～５ ０００ ｍＪ／ｍ‘之间。这类物质的硬度和熔点越高，其表面自由能越大。低能表面指的是有机固体表面，如石蜡和高分子化合物。其自由能低于 １００ ｍＪ／ｍ‘。根据润湿的条件，一般液体在高能表面上是可以铺展的，因为这样可以使体系的表面自 由能大大降低，因此，高能表面抗粘性能差。对于低能表面，液体的表面自由能与固体的表面自由 能相近，其润湿情况与高能表面的完全不同。这也是高分子材料表面往往具有较金属材料表面好得多的自润滑性能和抗粘性能的原因「‘］。尼龙１０１０／石墨复合涂层／由于石墨的存在，使其表面自由能有所增加，抗粘性能下降，但石墨 含量较低（＜２０％）左右使其仍不失为低能表面，也应具有较好的抗粘性。通过涂层接触角的测 定，水在尼龙１０１０涂层表面上的接触角约为７０”，水在尼龙１０１０／石墨复合涂层上的接 触角约为６５”，小于纯尼龙１０１０的接触角。这可能是由于石墨的存在，增加了固体表面自由能所致。在石墨含量较低时（Ｍ２０％），尼龙１０１０／石复合涂层仍具有很好的抗粘性能。２．２涂层的摩擦、磨损性能 （ｌ）速度、负荷时间对涂层磨损量的影响磨损是一个复杂的动态过程。涉及摩擦系统中工作的外部 因素和材料的内部因素。外部因素系指载荷、相对运动形式、运动速度和持续时间、环境温度、介 质和润滑状态等；内部因素主要是指材料的化学成分、组织结构和物理化学性能及力学性能等。在 相同的环境中，因高分子材料的结构和物理化学性能及力学性能等同金属有显著的区别，使高分子 材料的磨损有独特的表现。聚合物具有某些金属和其他材料所不具备的摩擦磨损特性，如低的摩擦 系数的高的化学稳定性等，能够胜任水润滑或无润滑剂条件下的干摩擦。聚合物的链状高分子结构及其运动特点具有抑制振动及吸收振动能的能力，因而可有效地降低微动磨损［‘］。尼龙１０１０ｔａ层、尼龙１０１０／石墨复合涂层在 １． ２ ｍ／ｓ，１２００ Ｎ，时间 ６０ ｍｉｎ的条件下磨损量均很低。分别为 ２． ３ ｍｇ和 １． ２ ｍｇ，优于整体尼龙的耐磨性能Ｄ‘ （２）速度、负荷对涂层摩擦性能的影响摩擦条件对尼龙１０１０涂层及尼龙１００１／石墨涂层的 摩擦系数的影响是很明显的。由图２和３可见，在相同载荷下，低速时涂层的摩擦系数高于高速下 的摩擦系灵敏，即在相同载荷下，摩擦系数随速度增加而降低。这可能是由于涂层是热的不良导体 ，随速度增加，摩擦面温度迅速升高，涂层向对偶面转移而形成润滑膜，因而摩擦系数迅速下降。 在相同转速下，随载荷增加，涂层的摩擦系数呈先上升而后下降的趋势。这也与涂层本身的性质有 关。尼龙是一种结晶型高分子材料，但仍存在非晶部分，其非晶部分随温度升高时，同样依次表现 出玻璃态、高弹态和粘流态三种状态。随载荷增加摩擦面温度迅速升高。当温度较低时，涂层大分 子处于晶态（玻璃态），摩擦系数较低；当温度继续升高时，大分子中非晶部分则由玻璃态向高弹 态转变，因而摩擦系数升高，随负荷进一步增加，磨擦面温度升高在表观熔融（粘流态），而尼龙流体的流动行为接近牛顿流体，温度升高使粘度明显降低，有助于润滑膜的形成，因而摩擦系较低，随后趋于稳定。从图２、图３还可以看出，在相同摩擦条件下，尼龙１０１０／石墨复合涂层的摩擦系数较纯尼龙１ ０１０涂层低。这说明石墨的加入能显著改善涂层的耐磨、减摩性能。在低载荷条件下，纯尼龙１ ０１０涂层的摩擦系数随速度增加缓慢减小，而复合涂层的摩擦系数随速度增加，先是缓慢减小， 而后加快。这可能是由于石墨是热的优良导体，在低速下摩擦热较少，能很快地被石墨传走，形成 微熔层润滑膜较慢。而在高速下，由于摩擦热较多，能很快形成润滑膜，并在石墨传热作用下，很 快达到平衡状态（摩擦生热与散热平衡），因此，摩擦系数降低较快。在高载荷下，纯尼龙１０１ ０涂层在低速下摩擦系数很快降低，而在高速下摩擦系数降低较慢；尼龙１０１０／石墨复合涂层 正好与之相反。这也是由于石墨的加入，有利于摩擦热的传递，使之耐磨、减摩性能增加。由图３ 、图４证明，石墨的加入有利于摩擦热的传散，摩擦面升温速度明显下降，摩擦面平衡温度亦低于 纯尼龙涂层。由此表明尼龙１０１０／石墨复合涂层适用于高速、高负荷条件下工作，而且涂层摩擦系数较稳定、磨损量较小、使用寿命长。２·３涂层的耐蚀性能聚酞胺大分子的内聚能和结晶度较高，能耐许多化学药品，不受弱酸弱碱、醇、酯、烃、卤烃、酮、 润滑油、油脂和汽油的影响。但由于大分子中极性酷胺基团的存在，使其具有不同程度的亲水性， 不耐酚类，浓碱，强氧化性酸。通过耐蚀性试验，尼龙１０１０，尼龙１０１０／石墨复合涂层具 有与整体尼龙材料相似的耐蚀性。并且在耐酸性（氧化酸）方面的耐蚀能力有所提高。这可能是火 焰喷涂工艺与常规的塑料成型加工不同，大分子熔融时间较短，而且几乎不受挤压、剪切作用，结晶度较高，因而耐蚀性有所提高。试验表明，石墨的加入对徐层耐腐蚀性几乎无影响。３结论（１）火焰喷涂尼龙１０１０／石墨复合涂层比纯尼龙涂层具有更优异的耐磨、减摩性能，在高速、高负荷下更为突出。在 ｌ．２ ｍ／ｓ，１２００ Ｎ，６０ ｍｉｎ时与 ４５钢的摩擦系数小于 ０． ０２，磨损量小于１．２ ｍｇ，摩擦面平衡温度小于 １２０ Ｃ。 （２）水在复合涂层表面的平衡接触角为６５”，显示该涂层具有良好的抗粘性能。 （３）复合涂层的耐蚀性能不低于整体尼龙材料。抗粘、耐磨、耐蚀火焰喷涂尼龙1010/石墨复合涂层@李亚东$郑州轻工业学院化学工程系!450002
@杜庆柏$郑州轻工业学院化学工程系!450002
@张华林$郑州轻工业学院化学工程系!450002
@朱冬梅$郑州轻工业学院化学工程系!450002
@白宝丰$郑州轻工业学院化学工程系!450002火焰喷涂;;尼龙1010/石墨;;复合涂 层对火焰喷涂尼龙１０１０／石墨复合涂层的抗粘、耐磨及耐蚀性能进行了研究，结果表明，该复 合涂层较纯尼龙涂层具有更加优异的耐磨、减摩性有和较好的抗粘性能。通过室温浸泡耐蚀性能测 定，该涂层具有与整体尼龙相当的耐蚀性能。<1>喻晓午.火焰喷涂塑料粉末
.工程塑料应用,1993;(21)4:37～ 41
<2>李亚东,大面积火焰喷涂尼龙 1010/石墨复合涂层工艺及性能研究 ,长沙:国防科技大
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