長安大學:優化孔結構,構建減磨耐蝕陶瓷膜層!
2022-11-29 15:08:15
作者:腐蝕與防護 來源:腐蝕與防護
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輕質合金由于其重量輕、比強度高的特點,廣泛應用于工程領域。然而,腐蝕和摩擦是其應用中不可避免的挑戰,導致大量的能量耗散和結構零件的嚴重失效。通常需要在輕合金表面采用等離子電解氧化(PEO)制備陶瓷膜層解決上述問題,但是由于PEO膜層表面的硬度高極容易引發嚴重的磨粒磨損,以及本征的多孔結構易成為腐蝕介質的滲入通道,限制其進一步的應用。近年來,很多學者通過在PEO電解液中直接引入固體潤滑劑制備自潤滑陶瓷涂層,但存在固體潤滑劑與膜層之間的結合力差,及未能填充孔結構提高耐蝕性等問題。
針對上述問題,來自長安大學陳永楠教授團隊設計并在鋁合金表面采用PEO技術制備了MoS2/Al2O3自潤滑陶瓷膜層,并通過調節占空比,調控PEO反應過程中能量釋放和放電行為,優化孔結構,同步提高膜層的減摩和耐蝕性能。

圖1. 膜層的孔結構:(a) MoS2–S15%,(b) MoS2-S45%,(c) 不同MoS2/Al2O3涂層的縱橫比分布本研究在輕合金表面通過PEO技術原位合成MoS2/Al2O3自潤滑陶瓷膜層,并調節占空比優化孔結構。研究發現自潤滑陶瓷涂膜層具有低的摩擦系數(0.15),遠低于傳統PEO膜層(0.73),有效提高了膜層的減摩性能。此外,通過調節占空比,低占空比的膜層孔隙率相比高占空比的膜層孔隙率下降了77%,同時,降低占空比促進了膜層中連通孔向單一獨立孔的轉變,改善了孔形貌,有效地改善了膜層的耐蝕性能。

圖2. 不同MoS2/Al2O3膜層的電化學表征:(a) 動電位極化曲線,(b) Nyquist圖,(c) 用bode圖和等效電路,(d) 相位角該成果以“Pore structure optimization of MoS2/Al2O3 self-lubricating ceramic coating for improving corrosion resistance”為題發表在Vacuum期刊上。第一作者為長安大學碩士研究生陀永林,通訊作者為長安大學陳永楠教授和趙秦陽博士及西北有色金屬研究院的趙永慶教授,合作者還包括長安大學郝建民教授、張勇副教授及西部材料康彥教授級高級工程師等。

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