摘 要

磨损现象广泛存在于电力、矿山、冶金等工业领域的机械设备中，是导致机械设备和部件失效损坏的主要原因。因此，研究开发新型耐磨材料来提高受磨损件的使用寿命，降低材料和能源消耗，提高经济效益具有非常重要的意义。

本实验制备了双酚A环氧树脂粘结SiC颗粒/碳纤维复合材料，通过射流喷砂枪对试样进行冲蚀磨损试验，研究了基体胶含量、SiC目数、级配颗粒、碳纤维添加含量与冲蚀角度对复合材料耐磨涂层的磨损量影响，通过观察磨损后的金相图片，分析它们的磨损机制，得出涂层耐磨性的几个影响因素。

实验结果表明，环氧树脂粘结SiC颗粒和碳纤维均有助于提高涂层耐磨性，基体胶含量越高，SiC颗粒的目数越大，涂层耐磨性越差；SiC颗粒级配也有助于提高涂层耐磨性；冲蚀角度越大，涂层磨损量越小。

关键词：环氧树脂、SiC颗粒、碳纤维、冲蚀磨损

Abstract

The wear phenomenon is the main reason to make the industrial equipment and components damaged for failure, and it exist in the field of electric power, mining, metallurgy and so on. Therefore, it is necessary to develop new wear-resistant material to improve the service life of wear parts, reduce material and energy consumption.

In this research, prepared bisphenol-A-epoxy resin bonded SiC particles / carbon fiber composites , and the samples were subjected to erosion and wear test by jet spray gun, to research the effect of the content of matrix rubber, SiC mesh, graded particles, carbon fiber content and the angle of jetting on the wear of composite . By observing the weary metallographic images, and analyzing the wear theory, several factors influencing the wear resistance of the coating were obtained.

The experimental results show that the bonding of SiC particles and carbon fiber to the epoxy resin helps to improve the wear resistance of the coating. The higher the content of the matrix rubber, the larger the mesh size of the SiC particles, the worse the wear resistance of the SiC particles.

目录

第1章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2 冲蚀磨损简述 2

1.3耐磨涂层简述 3

1.3.1基体 3

1.3.2填料 5

1.4课题研究目的及内容 6

1.4.1研究目的 6

1.4.2研究内容 6

第2章 实验方案 7

2.1实验原料及器材 7

2.2原材料预处理 7

2.2.1钢基材表面的预处理 8

2.2.2碳化硅颗粒（SiC）的预处理 8

2.3样品制备 8

2.3.1第一组份涂层试样制备 8

2.3.2第二组份涂层试样制备 9

2.4冲蚀磨损实验 9

第3章 SiC颗粒增强环氧灌封胶复合材料的磨损性能研究 11

3.1胶含量的影响 12

3.1.1 4000#下胶含量的变化对涂层磨损量的影响 13

3.1.2 500#下胶含量变化对涂层磨损量的影响 14

3.2 SiC目数的影响 15

3.3冲蚀角度的影响 18

3.4级配的影响 21

3.5本章小结 24

第4章 SiC颗粒增强环氧灌封胶粘结碳纤维复合材料的磨损性能研究 25

4.1碳纤维含量对耐磨涂层磨损量的影响 27

4.2碳纤维增强试样与SiC增强试样磨损量对比 28

第5章 结论及展望 29

5.1结论 29

5.2尚需进一步完成的工作 29

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1选题背景

当今制造业中，各种金属及合金材料的应用最为广泛，各种部件及零件均为金属制品，而机械零件在工作环境中的失效形式有磨损、腐蚀与疲劳，其中零件磨损带来的零件失效占比最大，约占80%^[1]。据T.S.Eyre的研究指出，磨损带来的经济损失约占工业国家国民生产总值的2%-8%^[2]。而随着制造业的不断发展，工作条件的日益严苛，零件磨损带来的经济损失也更加严重。工作过程中零件与其它部件发生磨损，使材料逐步脱落，失去功效，工作效率与作业质量下降，器件寿命降低，造成极大间接或直接的经济损失。据估计1/3的能源消耗源于摩擦磨损。

当前人们对摩擦学、材料磨损学方面的机理仍不十分清楚，而在约斯特等人的统计数据中显示，若利用磨损机理对制造业进行耐磨性的改善，可以使英国每年节省5.15亿英镑，美国可以节省50.4-66.7亿美元，日本工业可以节省11.38亿美元；据冶金、矿山、农机、煤炭、电力、建材五个工业部门不完全统计，每年我国由于磨损而损失的配件金属量达10⁶t，价值15-20亿元^[3]，由此可见，各种材料耐磨性的优劣对于降低经济损失、评价控制产品质量至关重要。

随着机械行业的不断发展，材料的耐磨性也越来越备受关注，许多设备、构件和机械的工作条件越来越苛刻，在不同的工况下，材料耐磨性显得至关重要。以高铬铸铁为代表的金属材料已渐渐满足不了各行业的工作要求^[4]，因此应加大对耐磨涂层的研究。

现今的耐磨涂层大致分为两类：热喷涂耐磨涂层和化学粘结涂层^[5]。热喷涂耐磨涂层的喷涂方法有等离子喷涂、电弧喷涂和火焰喷涂等，在金属表面喷涂陶瓷、合金、氧化物、氟化物等形成的耐磨涂层，喷涂过程需要专门的设备和熟练的操作技术，喷涂后涂层较薄，但由于工作量大，受设备限制，不适于大面积施工，效率较低，一般用作小件的耐磨涂层喷涂。化学粘结涂层则是用各种树脂、弹性体添加耐磨性能好的填料颗粒的耐磨涂层胶涂敷到金属表面，经自然或加热固化得到涂层，粘结工艺简单，有良好的耐磨性能，适用于大面积且表面不方便进行热加工的工件耐磨处理。

由于热喷涂工艺会产生大量热量，所以一般用于金属基的复合材料中，金属基复合材料优点明显，但也存在一定不便，其制造工艺和内部结构复杂，现阶段对其研究主要是改善基体与填料的相容性，优化设计制造工艺，而且在一些不便加热的工件表面或不耐高温材料的耐磨场合明显不适用，此时最常用的基体材料则为高分子材料^[6]。与金属相比，高分子材料在结构与性能上有独特的优点，在耐磨性上也有良好的表现，摩擦系数低、磨耗低、高化学稳定性、高比模量、不生锈、耐腐蚀等性能使其可以用作耐磨涂层材料。

1.2 冲蚀磨损

磨损作为摩擦学研究的三大课题（摩擦、磨损、润滑）之一，是耐磨涂层方面研究的重点。磨损的分类较多，可分为磨料磨损、腐蚀磨损、微动磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损和粘着磨损^[7-8]，其中冲蚀磨损也叫侵蚀磨损或者磨蚀磨损，是指基体材料受到松散的小的流体颗粒冲击，表面出现脱落或者破坏的磨损形式，是磨损中最为常见的一类。本课题从冲蚀磨损的机理研究耐磨涂层的性能。