[发明专利]一种仿生非光滑耐磨涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种仿生非光滑耐磨涂层及其制备方法和应用，所述仿生非光滑耐磨涂层的制备方法为将含有多官能度有机硅的有机硅溶液涂覆在基底表面，再经过初步干燥处理、水解处理和固化处理，得到所述仿生非光滑耐磨表面；所述多官能度有机硅包含：三硅官能度有机硅和四硅官能度有机硅中的至少一种和二硅官能度有机硅。

技术领域

本发明涉及一种仿生非光滑耐磨涂层及其制备方法和应用，属于表面改性技术领域。

背景技术

摩擦磨损会造成大量的原材料浪费，磨损己经成为零部件失效的主要原因，提高零部件的耐磨能力具有重要的意义。开发和应用新型的抗磨耐磨材料、新的表面处理工艺等措施能够改善零件表面的耐磨性能，降低材料的损耗，延长使用寿命。现有措施往往不足以完全有效地解决摩擦磨损问题，尤其是复杂空间环境下的耐磨性问题。如何更有效地提高工件及摩擦副之间在复杂磨损过程中的耐磨性，提高工件使用寿命，仍然是亟需解决的难题。

在提高耐磨性能方面，传统观念将追求磨损部件的表面光滑度作为提高其耐磨性能的必要手段，即认为零部件表面越光滑越有利于提高其减阻性和耐磨性，而依据近年来仿生研究结果，不同种类生物其体表非光滑单元体大小形态各不相同，凸包形(如蜣螂头部、腹部)、凹坑形(如蚂蚁头部)、波纹形(如花葬甲鞘翅)、鳞片形(如穿山甲、鱼类等)、网格形(如蚂蚱腿)、花纹形(如蜣螂胸节)、条形(如一些甲虫、海生贝类)等形态均有利于生物体的减粘、降阻、耐磨，仿生非光滑表面结构便在此大背景下面产生。现有的研究结果进一步表明仿生非光滑表面结构在提高摩擦学性能方面有着不凡的表现。

因此，针对耐磨方面的应用需求，尤其是复杂空间环境下的应用需求，开发耐冷热交变等应用环境、可规模化应用的仿生非光滑有机硅耐磨涂层非常重要。

发明内容

针对耐磨方面的应用需求，尤其是复杂空间环境下的应用需求，本发明旨在提供一种仿生非光滑耐磨涂层及其制备方法和应用。该仿生非光滑耐磨涂层组成和制备工艺较为简单，存储稳定性好，适合规模化生产。

一方面，本发明提供了一种仿生非光滑耐磨涂层的制备方法，将含有多官能度有机硅的有机硅溶液涂覆在基底表面，再经过初步干燥处理、水解处理和固化处理，得到所述仿生非光滑耐磨表面；所述多官能度有机硅包含：三硅官能度有机硅和四硅官能度有机硅中的至少一种和二硅官能度有机硅。

在本公开中，将含有多官能度有机硅(三硅官能度有机硅和四硅官能度有机硅中的至少一种和二硅官能度有机硅)的有机硅溶液涂覆在基底表面，然后在一定温湿度的气氛中进行初步干燥处理，目的在于使有机硅溶液中的溶剂挥发并使少量有机硅发生初步的水解预聚合。再经过进一步水解处理目的在于使有机硅在一定温湿度条件下进行水解。最后再经固化处理，使得能形成立体三维结构的三硅官能度(T单元)有机硅或四硅官能度(Q单元)有机硅与二硅官能度(D单元)有机硅组合在后续高温固化过程中在基底表面形成具有一定微纳米结构的表面。具体可通过调节多硅官能单元和二硅官能单元的比例调节分子中硅所连接的官能团个数，形成不同的交联网络密度，制备弹性体直至坚硬的、玻璃状的涂层，以实现较好的热膨胀系数匹配、韧性和硬度的平衡的。同时，通过初步水解以及后续高温固化过程中有机硅链段的迁移形成具有类生物体减阻耐磨非光滑表面的仿生结构，以减小摩擦系数。

较佳的，所述多官能度有机硅选自卤硅烷类有机硅、烷氧基硅烷类有机硅、酰氧基硅烷类有机硅、硅醇类有机硅、氨基硅烷类有机硅中的至少一种；优选同时含有碳官能和多硅官能团的硅烷化合物及其组合物，所述碳官能团为氨基、环氧、异氰酸基中的至少一种。