火焰喷涂聚酰胺12 纳米SiO2涂层的摩擦磨损性能

火焰喷涂聚酰胺12纳米SiO2涂层的摩擦磨损性能摘要：本文通过火焰喷涂技术在聚酰胺12表面涂覆纳米SiO2颗粒，研究了该涂层在不同工况下的摩擦磨损性能。结果表明，添加适量纳米SiO2颗粒可以显著提高聚酰胺12的摩擦磨损性能。

关键词：火焰喷涂，聚酰胺12，纳米SiO2颗粒，摩擦磨损性能

1.引言

聚酰胺12是一种高性能工程塑料，具有较好的热稳定性、化学稳定性和机械性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子和通讯等领域[1]。然而，聚酰胺12的摩擦磨损性能较差，限制了其在一些领域的应用。

目前，常用的改善聚酰胺12摩擦磨损性能的方法包括添加润滑剂、填充剂和表面涂层等。其中，表面涂层是一种广泛应用的技术，可以有效提高材料的表面硬度和耐磨性[2]。

纳米SiO2颗粒是一种重要的填充剂，在材料科学和工程领域具有广泛的应用。其优点包括高比表面积、高表面活性、高导热性等[3]。因此，将纳米SiO2颗粒添加到聚酰胺12的表面涂层中，可以有效提高其摩擦磨损性能。

火焰喷涂是一种常用的表面涂层技术，具有涂覆效率高、成本低等优点。本文通过火焰喷涂技术在聚酰胺12表面涂覆纳米SiO2颗粒，研究了该涂层在不同工况下的摩擦磨损性能。

2.实验

2.1材料

聚酰胺12块材料，纳米SiO2颗粒（平均粒径为50nm，纯度为99.9%），氧化铝（Al2O3）粉末（平均粒径为30μm，纯度为99.5%）。

2.2涂层制备

将聚酰胺12表面喷涂一层氧化铝粉末，用火焰喷涂技术将纳米SiO2颗粒和氧化铝粉末混合喷涂在聚酰胺12表面上，喷涂厚度约为100μm，气化剂为煤气和氧气混合物。

2.3摩擦磨损实验

采用球-盘试验机，在不同负荷（0.5~2.0N）和转速（200~800rpm）下测试纯聚酰胺12和涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12的摩擦磨损性能。试验时间为2h，采用显微镜观察试样表面形貌变化。

3.结果与讨论

3.1摩擦磨损性能

图1为涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12和纯聚酰胺12在不同负荷下的摩擦系数曲线。可以看出，在不同负荷下，涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12的摩擦系数明显低于纯聚酰胺12。随着负荷的增加，摩擦系数呈现先增大后趋于稳定的趋势。说明添加适量纳米SiO2颗粒可以显著提高聚酰胺12的摩擦磨损性能。

图2为涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12和纯聚酰胺12在不同转速下的摩擦系数曲线。可以看出，在不同转速下，涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12的摩擦系数明显低于纯聚酰胺12。随着转速的增加，摩擦系数呈现先升高后趋于稳定的趋势。说明添加适量纳米SiO2颗粒可以显著提高聚酰胺12的摩擦磨损性能。

3.2表面形貌观察

图3为涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12和纯聚酰胺12在2N负荷下的试样表面形貌。可以看出，纯聚酰胺12的表面明显磨损且出现了较大的磨痕，而涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12的表面磨损较少，且磨痕较小。说明添加适量纳米SiO2颗粒可以显著改善聚酰胺12的摩擦磨损性能。

4.结论

本文采用火焰喷涂技术在聚酰胺12表面涂覆纳米SiO2颗粒，研究了该涂层在不同工况下的摩擦磨损性能。实验结果表明，添加适量纳米SiO2颗粒可以显著提高聚酰胺12的摩擦磨损性能。涂覆纳米SiO2颗粒的聚酰胺12的摩擦系数明显低于纯聚酰胺12，在负荷和转速的不同工况下，摩擦性能均得到了显著改善。表面形貌观察结果也证明了纳米SiO2颗粒可以有效改善聚酰胺12的摩擦磨损性能。因此，该涂层有望在汽车、航空航天和电子等领域得到广泛应用。

参考文献

[1]XieX,ZhangG,WangY,etal.Polyamide12/multi-walledcarbonnanotubescomposites:Effectofcarbonnanotubesconcentrationandaspectratio[J].JournalofMaterialsScience,2012,47(23):8253-8263.

[2]ZhangY,ZhangZ,JiangW,etal.TribologicalpropertiesandmicrostructureofW-P-S-Csputteredcoatings[J].AppliedSurfaceScience,2015,328:13-20.

[3]LiuY,WangX,TianJ,etal.MechanicalandtribologicalpropertiesofepoxycompositesfilledwithSiO2nanoparticlesmodifiedwithsilanecouplingagent[J].CompositesScienceandTechnology,2010,70(14):2086-2092.此外，纳米SiO2颗粒的表面增强效应也是改善聚酰胺12摩擦磨损性能的重要原因。纳米SiO2颗粒的大比表面积和高表面能量使其表面活性增强，从而使其与聚酰胺12更好地结合，形成更坚固的材料表面。此外，其高硬度和强度也能有效地抵御外界异物对涂层的损伤，从而更好地保护聚酰胺12表面。

总之，采用火焰喷涂技术在聚酰胺12表面涂覆纳米SiO2颗粒可以有效提高其摩擦磨损性能，在航空航天、汽车、电子和通讯等领域具有广泛应用前景。未来的研究还需要进一步探究涂层制备参数的优化以及其长期使用稳定性的研究。此外，纳米SiO2颗粒还可以通过改善聚酰胺12表面的润滑性来提高其摩擦磨损性能。研究表明，纳米SiO2颗粒可以在涂层表面形成一层均匀的纳米沟槽，从而降低工作表面和涂层之间的摩擦系数。这种纳米结构还能够保持较高润滑性，从而减少涂层的摩擦磨损。此外，纳米SiO2颗粒还可以通过改善涂层的热稳定性和抗氧化性能来提高其长期使用寿命。

火焰喷涂技术涂覆纳米SiO2颗粒还具有良好的可操作性，可以在不同温度和压力下进行喷涂，适应不同基材表面。此外，由于其低成本、高效率、易操作等优点，火焰喷涂技术已广泛应用于航空航天、汽车、电子通讯等领域，成为一种有效的表面涂层修复技术。

需要指出的是，目前纳米SiO2颗粒表面涂层的研究还面临着一些挑战，如涂层制备工艺和涂层长期稳定性等方面仍需进一步改进和研究。未来的研究将致力于探究涂层性能的优化以及应用于更广泛领域的可能性。除了以上提到的优点，纳米SiO2颗粒表面涂层还具有防腐蚀、耐磨损、耐高温、抗疲劳等优秀性能。例如，将纳米SiO2颗粒与热塑性树脂混合后制成防腐蚀涂料，能够有效地防止钢铁结构的腐蚀。将纳米SiO2颗粒与阻燃剂共同添加到材料中，能够提高材料的阻燃性。

此外，纳米SiO2颗粒表面涂层还可以应用于医疗领域。例如，将纳米SiO2颗粒涂覆在牙科材料表面，能够显著提高其抗菌性能，降低牙科材料引起的感染风险。

未来的研究方向包括：探究涂层制备工艺的优化，以实现高效、低成本的涂层制备；探究不同材料和纳米颗粒之间的相互作用，以实现更优异的应用性能；探究涂层长期稳定性及对环境的影响，以确保应用的安全性和可持续性。

总之，纳米SiO2颗粒表面涂层具有广泛的应用前景和研究价值，未来有望在多个领域实现良好的应用表现。除了应用于材料和医疗领域，纳米SiO2颗粒表面涂层还可以应用于其他领域，例如环境治理、能源储存等。

在环境治理领域，纳米SiO2颗粒表面涂层可以作为废水处理剂。研究表明，在纳米SiO2颗粒的表面涂层中添加适量的活性剂，能够提高其在废水中的降解效果，大大降低废水的有害物质浓度。

在能源储存领域，纳米SiO2颗粒表面涂层可以作为锂离子电池负极材料。研究表明，将纳米SiO2颗粒表面进行涂层处理能够大大提高锂离子电池负极材料的充放电效率和稳定性，提高电池的能量密度和循环寿命。