本论文以工业设备中的摩擦磨损行为作为研究对象,把生物非光滑表面耐磨理论与涂层技术结合起来,提出了制备仿生耐磨陶瓷涂层来改善摩擦磨损的新方法。首先以煅烧高岭土为原料,采用喷雾干燥的方法,制备微米级陶瓷生坯微球。然后采用二次烧结法制备强度、硬度俱佳的单分散陶瓷微球。其次,以双酚A缩水甘油醚型环氧树脂、高弹性快干型聚氨酯树脂为成膜物质,微米级陶瓷微球、亚微米级碳化硅超细微粉为增强填料,改性聚酰胺TY-650为固化剂,二甲苯、正丁醇混合溶剂为稀释剂,KH550为耦合剂配制了陶瓷耐磨双组分涂料。通过气动喷涂,微量振荡,合适温度下制备出具有仿生结构涂层表面。最后对仿生非光滑陶瓷耐磨涂层进行摩擦磨损实验,并分析了仿生非光滑陶瓷耐磨涂层的耐磨机理。本文主要结论如下：(1)在喷雾压力1.2MPa时,保持进口温度140℃不变,对浓度为25%的高岭土浆料进行喷雾干燥法造粒得到的高岭土微球球形度最好,粒径分布最均匀。采用二次烧结法制备的陶瓷微球表面光滑、单分散性好,微球主要为莫来石相,硬度达到莫氏硬度7级,破裂强度为8.5MPa,具有较高的硬度和强度。(2)当微量振荡频率为3KHZ、固化温度60℃、陶瓷微球质量分数20%时制备的涂层表面凸包／凹坑均匀分布,仿生结构明显。当微量振荡频率小于3KHZ时凸包／凹坑分布不均匀,大于3KHZ时涂层表面容易产生气泡等缺陷。固化温度小于60℃时,固化时间较长,大于60℃时涂层表面易产生裂纹。陶瓷微球含量较低时,涂层表面凸包／凹坑分布较少,仿生效果不明显。(3)当微量振荡频率为3KHZ、固化温度60℃、陶瓷微球质量分数20%时制备的涂层耐磨性最好。陶瓷微球含量低于20%的涂层耐磨性逐渐下降,陶瓷微球含量高于20%的涂层耐磨性也下降。两种工况下涂层的耐磨性呈现相同的趋势。仿生陶瓷耐磨涂层与相同配方的光滑耐磨涂层相比耐磨性更好。(4)仿生非光滑陶瓷耐磨涂层的耐磨机理是涂层防生效应和涂层互穿网络效应共同作用的结果。
