耐磨涂料

功能涂料

耐磨涂料是一类具有特殊功能的新型功能涂料，具有较好耐磨损性。比如，将抗磨的涂料镀在玻璃和镜片上，玻璃和镜片不会再有划痕。机械工业采用耐磨功能涂料技术对机械关键零部件进行金属表面涂层处理，可提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命，例如内燃机气缸内壁无缸套涂层强化技术可使部件重量较传统铸铁缸套降低90%以上。

随着现代科学技术的发展，人造卫星、宇宙飞船、高速列车、汽轮机和发动机的叶轮、舰船的螺旋桨、水轮发电机的叶片以及船舶的甲板、建筑物的地板、路标漆等，都受到高速气流、砂石和水流的冲刷、机械力的作用，材料的磨损相当严重，为延长使用寿命，材料表面需要涂覆耐磨涂料。其应用已拓展至低空经济、航空航天等多个领域。

耐磨功能涂料是新型涂料领域中的重要组成部分。在全球现代涂料工业与技术的研究领域中，耐磨功能涂料的研究占比约为25-35%，是各国在该领域的研究重点之一。

耐磨涂料研究简史

耐磨功能涂料已成为世界各国新型涂料领域研究发展的重点。

极地船舶抗结冰耐磨涂层研究

冰级船只（Ice class ship）需要抗结冻性和高耐磨性能镀层，其镀层损坏原理包括粘着损坏、磨砂颗粒破损和疲惫损坏。抗结冻高耐磨涂层的研究包括电加热系统防结冰和超疏水抗结冰涂层，例如黄正勇研制的耐磨超疏水硅胶复合涂层。当前涂层面临抗结冰特性持续性差、低温高湿下效果不理想等挑战，未来研究方向包括延长寿命、提升低温高湿功能及开发低成本绿色技术。

热带海洋自润滑耐磨防腐涂层研究

针对热带海洋盐雾气氛中运动部件‘摩擦-磨损-腐蚀’协同损伤的难题，罗荘竹等采用改性聚氨酯树脂等材料，通过常温喷涂一步成膜制备出软质耐磨防腐高分子涂层。涂层厚度仅为传统体系的1/10，摩擦系数低至0.06~0.08，耐磨性显著提升。研究提出‘硬-过渡/键合-软’梯度自润滑复合涂层设计思路。相关技术产品已成功应用于国家南海海洋工程装备（约100余台套），在极端工况下良好运行超过3年。

耐磨涂料理化性质

耐磨涂料通常具备出色的耐磨性能，能够抵御日常使用中的磨损、划痕和摩擦，具有高强度和长期耐久性，能经受频繁使用和高压力环境的考验，通常具有良好的化学耐受性，能够抵抗一些化学物质的侵蚀和腐蚀，且表面光滑，易清洁和维护。

以聚氨酯管道内壁耐磨防腐涂层为例，其具有优异的化学稳定性，抗Cl-、SO42-、Na+等离子腐蚀，在标准规定时间内增重率远小于标准要求，具有良好的抗水渗透能力，涂层致密性好，并具有较高的机械性能，如附着力和抗冲击性能，在高温下仍能保持较高的附着力和压痕硬度。

耐磨涂料组成

1.黏结剂：是耐磨涂料的重要成分，其作用是将涂料中各种组分牢固地黏结在一起，并与基体产生良好的黏结力，使之在基体表面形成牢固的涂层。为便于施工，黏结剂应具有较好的流动性和室温固化性能。耐磨涂料一般采用典型的结构黏结剂，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。此外，聚氨酯树脂（用于管道内壁耐磨防腐涂层）、改性聚氨酯树脂（用于热带海洋环境下的软质耐磨防腐涂层）、环氧-有机硅杂化树脂（用于减摩耐磨涂料）等也常被用作黏结剂。

2.润滑剂：润滑剂是提高耐磨涂料润滑减磨性能的主要组分，是涂料具有较小的摩擦因素和自润滑性。用于耐磨涂料的固体润滑材料有胶体二硫化钼、胶状石墨粉和粉状高分子聚合物等物质。新型固体润滑材料如石墨烯纳米片、含氟聚合物填料等也逐渐得到应用。

3.增强剂：增强剂一般采用还原铁粉、氧化铜粉、石英粉、其他一些金属粉末以及纳米氮化铝等纳米材料，可在一定程度上提高涂料的机械强度和表面硬度，改善涂料的抗磨性能。

耐磨涂料制备方法

耐磨涂料的制备方法多样，常涉及特定配方设计、组分混合、涂覆施工及固化工艺。

例如，一种针对铝合金十字滑环的减摩耐磨涂料，其制备方法为：按质量百分比计，将环氧-有机硅杂化树脂5-25%、二硫化钼15-25%、石墨烯纳米片2-5%、纳米氮化铝5-10%、硅烷偶联剂2-4%与余量的混合溶剂混合，构筑于基体表面以降低摩擦系数。

针对热带海洋盐雾气氛环境，一种自润滑耐磨防腐涂层的制备方法是：选用改性聚氨酯树脂粘结剂、含氟聚合物填料和混合有机溶剂，采用常温喷涂工艺一步成膜，涂层厚度约为(30±5) μm。

在工业应用中，石墨烯水晶纳米耐磨涂层的生产工艺涉及喷涂（或浸涂）、流平烘烤、UV固化等多道工序。

耐磨涂料应用领域

在汽车制造领域，内燃机铝合金缸体内孔耐磨涂层技术成功替代传统钢套，实现年产30万套的规模化应用，使部件重量较传统铸铁缸套降低90%以上，机油消耗率下降15%。在能源电力领域，水轮机抗空蚀涂层技术将机组大修周期延长3倍，大幅降低运维成本。在低空经济领域，轻量化涂层技术使无人机推重比提升20%，降低维护成本30%。在化工领域，磷化工大型零部件用特种耐磨耐蚀涂层有效解决了浓酸介质冲刷腐蚀的行业难题。

该技术成果已应用于航空航天领域，未来三年计划进一步拓展到海洋工程、高端装备制造等更多领域。基于激光熔覆技术开发的超耐磨涂层，成功应用于转向架部件。

耐磨涂层广泛用于机械设备外壳、管道内壁、储罐、工业平台、设备管道弯头、异型管的防磨保护。其也用于手机外壳、笔记本电脑、可穿戴设备等产品的防划伤表层。在建筑领域，耐磨涂料用于室内外墙面装饰层、防磨地坪涂层。

耐磨涂料检测方法

涂层耐磨性试验是一项针对材料表面覆层在摩擦、冲击或高负载条件下的耐磨损性能进行评估的检测工作，重点在于精确测量涂层在不同应力与介质作用下的磨耗量、表面结构变化、附着力衰减等指标。通过先进的环境模拟及磨耗设备，可以分析涂层在长期使用过程中的性能保持情况，确保其在工业应用中的稳定性和可靠性。

检测项目主要包括磨耗量测定、摩擦系数测定、涂层附着力测试、表面硬度测定、耐冲击测试、耐划伤性能测试、耐腐蚀磨耗试验、高温耐磨试验、低温耐磨试验、循环磨耗试验、表面形貌分析、裂纹传播测试、耐疲劳磨耗试验、特殊介质磨耗试验、涂层厚度变化测定等。

检测范围覆盖工业防护涂层、电子产品涂层、建筑装饰涂层、航空航天涂层、汽车工业涂层、船舶涂层、能源设备涂层、医疗器械涂层、食品机械涂层、轨道交通涂层、矿山设备涂层、化工设备涂层、军事装备涂层、体育设施涂层、海洋工程涂层等十余个领域。

主要检测方法/标准包括国际标准（如ISO 1518、ISO 7784等）和国家标准（如GB/T 1768、GB/T 1770等）。

常用检测设备包括磨耗试验机、硬度计、附着力测试仪、划痕试验仪、高温磨耗试验系统、低温环境试验箱、腐蚀环境模拟箱、扫描电子显微镜、表面粗糙度仪、厚度测量仪、疲劳试验机、循环磨耗试验机、裂纹观察系统、三维形貌扫描仪、介质喷射磨耗设备等。

耐磨涂料安全信息

耐磨涂层的施工需要专业施工人员进行。在施工前，必须确保表面充分准备，清除任何污垢、油脂和旧涂层，并确保表面平整、干燥和无裂缝。施工中，根据涂料使用说明选择适当的刷子或辊筒，掌握正确的涂刷技巧，均匀涂刷涂料，避免出现滴落、起泡或过度涂料的现象，同时耐磨涂层的混合比例一定要按照说明书的比例来混合。

在使用耐磨涂料时，要确保通风良好的工作环境，有机溶剂型涂料可能释放有害气体，因此在使用过程中应戴上合适的呼吸防护设备和手套。涂刷完耐磨涂料后，需要等待足够的时间让涂层充分干燥，在此期间应避免重物压在涂层上，并避免水或其他物质的接触。

耐磨涂料应用

耐磨防水涂料其主要耐磨骨料、超微粉体和无机聚合物分散液组合而成，涂料固化后颗粒紧密堆积，因而没有较大的宏观缺陷，体积密度大，其常温下强度可达200Mpa以上，是普通混凝土和耐火浇注料无法比拟的。

高温耐磨涂料与耐磨陶瓷片的比较：

与高温耐磨涂料在耐磨性上值得一比的是陶瓷片，但粘贴工艺的缺陷导致其容易脱落。其粘贴工艺的缺陷是：首先在制作过程中需要对使用表面除锈、打毛、丙酮清洗、调配环氧树脂胶，然后进行粘贴；其次在运输和安装过程中陶瓷片在碰撞时容易脱落，给安装增加工作量。关键是在使用中由于陶瓷片存在较多的缝隙，用来粘贴陶瓷片的环氧树脂易老化、不耐温，在正常使用一年左右，陶瓷片就开始脱落。高温耐磨涂料采用无定向纤维增强措施，通过耦合进一步改善韧性，增加了系统的使用可靠性，可有效防止冲击力造成的破损和剥落。另外，在施工中还采取了多重补强措施，有效地改善了材料性能，高温耐磨涂料具有较低的膨胀系数，使其体积稳定，极少产生裂纹，因而整体性能优异。加上无接缝的施工方法，使其整体性进一步提高。

原料主要采用离子化合物和部分人工合成共价化合物，离子键和共价键属强结合键，而结合系统由于采用复合强化措施和特殊处理，形成化学结合，所以强度和刚度很大，可有效抵御的高速冲击力和剪切应力。

由于采用了耐酸和耐碱的特殊原料，涂层性能稳定，不会和介质发生反应，同时耐磨防水涂料的原料多为高温合成材料，晶体发育好，结构完整，不受环境因素的影响，是最好的惰性材料之一，因而可有效抵御环境介质作用和各种化学腐蚀。

由高性能耐磨陶瓷颗粒与改性增韧树脂复合得到的耐磨抗蚀聚合材料。用于在各类有耐磨、抗蚀要求的机件表面制备耐磨涂层，如大负荷细颗粒冲蚀磨损的泵体、叶轮、风机壳体、管道弯头、管道螺旋输送器等的修复和预保护。

采用各种树脂、弹性体等配制的耐磨涂层胶，涂敷到金属表面后自然或加热固化所得的耐磨涂层又称为化学粘涂耐磨涂层。襄樊联基胶粘剂厂生产的化学粘涂耐磨涂层胶分为两种：一种涂层厚度与陶瓷颗粒的最长直径之比为0.8～2.0。另一种涂层包括底涂层与面涂层，底涂层与面涂层的总厚度与陶瓷颗粒的最长直径之比为0.8～2.0。还包括一种能在平滑的基材上形成附着涂层并显示耐磨性的组合物，其中陶瓷颗粒的量足以提供在由所说的组合物形成的涂层的每1厘米长的横截面上至少为3个这样的颗粒。