论文推荐 | 中国科学院兰州化学物理研究所磨损与表面工程课题组:环氧树脂改性对聚酰胺酰亚胺涂层抗空蚀性能的影响

文摘   2025-01-08 19:20   北京  


Effect of Epoxy Resin Modification on the Cavitation Erosion Resistance of Polyamide-imide Coatings 


环氧树脂改性对聚酰胺酰亚胺涂层抗空蚀性能的影响 

 



本文为中国科学院兰州化学物理研究所磨损与表面工程课题组撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第5期的研究论文,题为“环氧树脂改性对聚酰胺酰亚胺涂层抗空蚀性能的影响




空蚀是局部高压和热引起的一种极端条件下的材料损伤现象,广泛存在于泵等过流部件中,严重制约着零部件服役寿命。由于航空航天轻量化要求涉及的轻合金耐受温度较低,常在解决空蚀损伤的聚酰胺酰亚胺(PAI)中添加环氧树脂(EP)以降低固化温度,然而这对空蚀性能的影响尚不清楚。

针对该问题,中国科学院兰州化学物理研究磨损与表面工程课题组在《中国表面工程》2024年第37卷第5期发表研究论文《环氧树脂改性对聚酰胺酰亚胺涂层抗空蚀性能的影响》,分别制备纯 PAI 涂层(P-280)和不同含量 EP 改性的 PAI 涂层(P-200 和 P-170),通过加速空蚀试验对比研究样品的空蚀性能,采用 XPS、TGA、纳米压痕、SEM 等表征分析了样品 的力学和热学性能以及空蚀作用下的力 / 热响应行为和涂层空蚀前后的形貌,剖析损坏机理。



01

引用格式


张梓轩,侯国梁,万宏启,马俊凯,冶银平,周惠娣,陈建敏. 环氧树脂改性对聚酰胺酰亚胺涂层抗空蚀性能的影响[J]. 中国表面工程,2024,37(5):88-101.


ZHANG Zixuan, HOU Guoliang, WAN Hongqi, MA Junkai, YE Yinping, ZHOU Huidi, CHEN Jianmin. Effect of Epoxy Resin Modification on the Cavitation Erosion Resistance of Polyamide-imide Coatings[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(5): 88-101.






























02

重要结论






01

通过红外光谱和 XRD 测试,表征了涂层的微观结构。结果显示,随着 AG80 环氧树脂添加量的增加,更多的环氧基可以与 PAI 中的羧基、氨基和酰胺基反应,从而使改性后的 PAI 涂层的固化温度逐步由 280 ℃降低至 170 ℃。改性前后固化形成的 P-280、P-200 和 P-170 涂层均为无定形结构。


02

通过拉伸试验测试,表征了涂层的力学性能。结果显示,改性 PAI 涂层中酰亚胺环、苯环和酰胺基团等分子结构的减少造成韧性、拉伸断裂强度和伸长率等综合力学性能以及热稳定性均出现下降,尤其是 P-170 在三种涂层中的性能最差。


03

通过 XPS、TGA 测试对涂层空蚀前后的化学组成和热稳定性进行分析,同时观察涂层空蚀前后 OM、SEM 等表面形貌。结果显示,PAI 涂层热稳定性的降低导致其在空化热作用下更易熔化、水解和热解,破坏了分子链的完整性,进而导致其在空化载荷的冲击下更易产生屈服变形、疲劳开裂和脆性剥落,加剧空蚀损坏。综合考虑涂层的固化温度及空蚀性能,P-200 涂层更适合作为轻质过流部件表面的抗空蚀涂层。








03

课题组简介


论文主创

侯国梁

中国科学院兰州化学物理研究所研究员,博士生导师。入选中国科学院青促会会员、陇原青年英才和陇原青年创新创业人才。从事抗空蚀和润滑耐磨涂层等方面的研究20137-至今,在中国科学院兰州化物所工作,期间到美国加州大学欧文分校公派访学一年。作为负责人先后承担装备重大基础研究项目课题、科技创新2030-重大项目专题,中国科学院战略性先导专项(B类)子课题、国家自然科学基金等科研项目10余项。已在《Acta Mater.》、《Corrosion Sci.》等期刊发表论文70余篇,授权发明专利10件。目前担任中国科学院青年创新促进会兰州分会副会长和兰州化物所小组组长、中国机械工程学会表面工程分会青年学组和表面改性学组特邀专家、《Int. J. Min. Met. Mater.》和《中国表面工程》期刊青年编委等职。



万宏启


中国科学院兰州化学物理研究所研究员,博士研究生导师。主要从事粘结固体润滑涂层材料和表面工程技术研究,先后主持完成了10余项国家自然科学基金、民口配套、企业委托项目等课题,研发了十几种高性能的粘结固体润滑涂层,达到了国际同类材料的先进水平,在航空航天及民用等领域获得了广泛的应用。











团队简介

中国科学院兰州化学物理研究所

磨损与表面工程课题组

中国科学院兰州化学物理研究所磨损与表面工程课题组专注于航空、航天、航海及核能等国家重大需求领域,瞄准学科发展前沿,利用先进表面工程技术,开展高性能润滑、耐磨和防护涂层的设计制备及工程化应用,形成了一支在国内外具有重要影响力的表面工程研发团队。团队现有70余人,其中研究员12人,副研究员3人,杰出青年基金获得者1人,亚太材料科学院院士1人,中国科学院青促会会员4人(含优秀会员2人),中国科学院西部之光学者4人。获得国家技术发明二等奖1项,国家科技进步三等奖1项,省部级一等奖4项,省部级二等奖6项。发展了70多个牌号的润滑与防护材料,成功应用于航空、航天、船舶、核能和海洋等高技术装备。




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责任编辑:吴   桐
责任校对:梁福军
审      核:张   强



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