伊人网在线观看-超碰人人艹-97超碰在线播放-天天干夜夜艹-日韩成人av电影-国产资源网-九九在线免费视频-超碰男人的天堂-国产精品国产三级国产aⅴ原创-伊人视频在线观看-九九自拍视频-蜜桃视频观看-一级性生活大片-色综合综合-奇米影视777四色

本實驗采用空氣、氮氣和氧氣三種氛圍的低溫等離子體對鋼基體進(jìn)行了處理,并在處理后的試樣表面采用純環(huán)氧樹脂粉末制備了涂層,采用剝離法定量測量了涂層與基體的結(jié)合強度,分析了不同氣氛、不同處理時長對涂層與基體之間結(jié)合強度的影響。為防其他因素的干擾,試樣在噴涂前不進(jìn)行噴砂處理,測試結(jié)果見圖1。由圖1可知,分別使用空氣、氮氣、氧氣等離子體處理后,基體與涂層之間的結(jié)合強度隨著處理時長的延長先增大后減小,當(dāng)處理時間為2min時,三種氛圍處理的基體上制備的涂層結(jié)合強度均最好,分別是未處理試樣結(jié)合強度2.5倍、4.0倍和4.5倍。隨著處理時間的增加,其強度隨發(fā)生了下降,但仍大于未使用等離子體處理時的結(jié)合強度。對比三種等離子體的處理效果,氧等離子體處理后的涂層與基體的結(jié)合強度提高幅度最大,氮氣處理對結(jié)合強度的提升效果次之,空氣處理的結(jié)合強度提高幅度最小。

圖1 不同等離子體處理時間與涂層結(jié)合強度的關(guān)系曲線

一般而言,有機涂層與金屬基體之間的結(jié)合力由機械嵌合力、化學(xué)鍵和分子間范德華力組成,三種力的大小分別與基體表面的粗糙度大小、表面化學(xué)能大小和表面自由能大小有直接關(guān)系。針對不同等離子體處理后基體制備的涂層結(jié)合強度提升這一現(xiàn)象,為分析等離子體處理對結(jié)合強度影響,本章采用AFM、XRD、XPS、紅外光譜和表面能測試,分析表征了鋼基體表面經(jīng)過低溫等離子體處理后對涂層結(jié)合強度的影響機理。

等離子體處理對涂層基體表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響

為研究氧氣、氮氣、空氣等三種不同氛圍的低溫等離子體處理對試樣表面能分布的影響,采用XPS圖譜對處理前試樣和不同方法處理后試樣的表面能進(jìn)行了測試及表征。圖2為等離子處理前后的Q235鋼表面的XPS譜圖。由XPS譜圖結(jié)果分析可知,不同氣氛低溫等離子體處理前后對基體試樣表面各化學(xué)元素的含量并無太大影響。圖3為不同氣氛下低溫等離子體處理前后鋼基體試樣表面的Fe2p高分辨光譜,其中(a)為未處理圖譜,(b)、(c)和(d)分別為空氣、氧和氮等離子處理后的譜圖。對每個光譜進(jìn)行分峰處理,并根據(jù)每個峰對應(yīng)的面積,計算出各個基團(tuán)的含量,結(jié)果見表1所示。

圖 2不同等離子體處理的Q235鋼表面的XPS譜圖

圖3不同等離子體處理的鋼表面的Fe2p高分辨光譜 (a)未處理基體;(b)空氣低溫等離子體處理; (c)氧氣低溫等離子體處理;(d)氮氣低溫等離子體處理

由圖3和表1可知,Q235鋼基體在低溫等離子體處理前,其表面Fe被部分氧化生成的氧化物主要為FeO、Fe(OH)2,在XPS圖譜上表現(xiàn)為在706.8eV和708.6eV處分別存在Fe-Fe和Fe-O、Fe(OH)2峰,主要氧化產(chǎn)物為FeO、Fe(OH)2。試樣經(jīng)低溫等離子體處理后,鋼基體表面原本未被氧化的部分和Fe-O、Fe(OH)2等成分被等離子體中的活性成分再次氧化,全部轉(zhuǎn)化成了Fe2O3和FeOOH,在XPS圖譜上表現(xiàn)為Fe-Fe和Fe-O/Fe(OH)2峰消失不見,而Fe2O3和FeOOH的峰明顯增強,并以FeOOH成分占比更大。三種不同氛圍低溫等離體子體處理結(jié)果顯示:氧氣等離子體處理后的基體表面FeOOH含量最高,氮氣氛圍等離子體處理后FeOOH含量次之,空氣等離子體處理后FeOOH含量最低。由于基體表面FeOOH成分含有羥基可以與環(huán)氧樹脂中的極性集團(tuán)之間產(chǎn)生氫鍵,明顯提高了涂層與基體的結(jié)合強度,FeOOH含量越高,結(jié)合強度提升越明顯,這一點與結(jié)合強度試樣數(shù)據(jù)完全一致。

表1不同等離子體處理后基體表面Fe氧化物的相對含量

等離子體處理對鋼基體表面粗糙度影響分析

為了表征低溫等離子體處理對Q235鋼基體表面形貌的影響,本實驗采用原子力顯微鏡(AFM)對比觀察了氧等離子體處理前后的基體表面微觀形貌,結(jié)果見圖4、表2。為了便于對比分析低溫等離子體處理的結(jié)果,在處理前用砂紙將基體表面打磨光滑,AFM分析時掃描面積為20×20μm。

圖 4不同低溫等離子體處理Q235鋼表面的3D形貌圖 (a)未處理基體;(b)空氣低溫等離子體處理 (c)氧氣低溫等離子體處理;(d)氮氣低溫等離子體處理

由圖4可知,未處理試樣在掃描區(qū)域內(nèi)很少能看到表面顆粒物,以相互平行的單一方向劃痕為主,這是等離子體處理前用砂紙將試樣表面打磨光滑導(dǎo)致的。等離子體處理min對試樣表面形貌產(chǎn)生了明顯影響,經(jīng)空氣等離子體處理的試樣其表面劃痕變淺,但仍明顯存在,與未處理試樣相比能觀察到表面出現(xiàn)一定的凹凸不平;氮氣等離子體處理后基體表面已看不清劃痕,同時表面凹凸現(xiàn)象更為明顯;氧氣等離子體處理后的基體表面表面凹凸更為明顯,顆粒物更大,顆粒物的存在使得試樣的表面呈“島狀”分布,增加了涂層與基體的結(jié)合面,更容易形成大量的機械嵌合結(jié)構(gòu)。

表 2不同低溫等離子體處理的Q235鋼表面粗糙度值

由表2可知,砂紙打磨未經(jīng)低溫等離子體處理的Q235鋼基體的平均面粗糙度值(RaRoughness)為27.69nm,均方根粗糙度值(RMSRoughness)為38.05nm;經(jīng)空氣等離子體處理2分鐘后,鋼基體表面的Ra值明顯增大,達(dá)到38.62nm,RMS值增加為49.39nm;經(jīng)氮氣等離子體處理2分鐘后,與空氣等離子體處理的試樣相比其表面Ra繼續(xù)有所提升,達(dá)50.60nm,RMS值增大至65.63nm;氧氣等離子體處理2分鐘的試樣與氮氣等離子體處理相比其表面Ra值有所提升,達(dá)54.94nm,RMS值增大至76.73nm。三種等離子體處理后表面粗糙度提升的結(jié)果為:氧氣等離子體處理>氮氣等離子體處理>空氣等離子體處理,這一數(shù)據(jù)趨勢與圖4AFM形貌完全一致。

由上述實驗結(jié)果分析可知,經(jīng)低溫等離子體處理的鋼基體與環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層之間的結(jié)合強度明顯提高,其提高幅度呈現(xiàn)出氧氣等離子體處理>氮氣等離子體處理>空氣等離子體的趨勢。隨著處理時間的增加,結(jié)合強度呈先增大后減小的趨勢。這是由于低溫等離子體對Q235鋼表面進(jìn)行處理后,鋼基體表面變得更加潔凈,同時高能量的等離子體引起了鋼基體表面的氧化,生成Fe2O3和FeOOH,一方面氧化物的生成和堆積提升了涂層的表面粗糙度,增大了基體與涂層的結(jié)合面積,使基體與涂層機械嵌合作用更加明顯,增加了機械嵌合力;另一方面,氧化生成的FeOOH含有羥基,羥基的存在使得環(huán)氧涂料中的極性基團(tuán)與基體之間的化學(xué)鍵合力明顯提升,從而提高了涂層的結(jié)合強度。