第十三届全国青年表面工程学术会议

176 / 2021-04-05 17:08:41

织构化GE/PTFE耐磨疏水复合涂层的疏水性和摩擦学性能

激光表面织构化,聚四氟乙烯（PTFE），石墨烯（GE），疏水性，摩擦学性能

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   PDC钻头在非常规油气资源钻采过程中会遇到“泥包”现象和服役寿命减少等问题，不但会阻碍钻头钻进、降低开采效率，还会造成严重的开采事故。因此，解决PDC钻头“泥包”问题、延长其服役寿命对提高钻进效率、避免开采事故、节省开采成本具有重要的意义。聚四氟乙烯（PTFE）涂层是一种优异的疏水耐磨涂层，适用于PDC钻头钢体，但需要采用表面技术来进一步改善PTFE涂层的疏水性能和摩擦学性能。石墨烯（GE）具有高比表面积、良好的热稳定性和优异的机械强度，在PTFE中掺杂GE可以有效改善复合材料的疏水性和摩擦学性能。

本文采用一步喷涂法在35CrMo钢基体上制备了3%的GE改性PTFE的复合涂层，利用激光表面织构技术在复合涂层表面制备直径不同，间距相同的凹坑型织构，研究织构直径对复合涂层的粗糙度、接触角、摩擦系数和磨损率的影响，并分析织构化复合涂层的疏水机理和磨损机理。结果表明：织构直径100μm、织构间距100μm的3% GE/PTFE复合涂层的接触角为151.9±1.8°，达到了超疏水静态接触角的要求。磨损率为3.70×10^-4 mm³/N·m，比纯PTFE涂层降低69.2%。织构直径200μm、织构间距100μm的3% GE/PTFE复合涂层的接触角为149.4±2.1°磨损率为2.70×10^-4 mm³/N·m，比纯PTFE涂层降低77.5%，耐磨性有显著提高。织构直径300μm、织构间距100μm的3% GE/PTFE复合涂层的接触角为144.2±1.7°磨损率为4.56×10^-4 mm³/N·m。综合来说，织构直径100μm、织构间距100μm的3% GE/PTFE复合涂层的综合性能最好。其中复合涂层的主要磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损。