A review on tribology of polymer composite coatings

  • PDF / 6,044,891 Bytes
  • 42 Pages / 593.056 x 831.431 pts Page_size
  • 79 Downloads / 178 Views

DOWNLOAD

REPORT


ISSN 2223-7690 CN 10-1237/TH

REVIEW ARTICLE

A review on tribology of polymer composite coatings   Yilong REN1, Lin ZHANG1, Guoxin XIE1,*, Zhanbo LI1, Hao CHEN1, Hanjun GONG1, Wenhu XU2, Dan GUO1, Jianbin LUO1,* 1

State Key Laboratory of Tribology, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

2

School of Mechatronics Engineering, Key Laboratory of Tribology, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 33003, China

Received: 25 April 2020 / Revised: 10 July 2020 / Accepted: 18 August 2020

© The author(s) 2020. Abstract:  Self‐lubricating  polymer  composite  coatings,  with  tailorable  tribological  and  mechanical  properties,  have  been  widely  employed  on  mechanical  parts  to  reduce  friction  and  wear,  which  saves  energy  and  improves  the  overall  performance  for  applications  such  as  aerospace  satellite  parts,  shafts,  gears,  and  bushings.  The  addition  of  functional  fillers  can  overcome  the  limitations  of  single‐polymer  coatings and extend the service life of the coatings by providing a combination of low friction, high wear  resistance,  high  load  bearing,  high  temperature  resistance,  and  high  adhesion.  This  paper  compares  the  heat  resistance,  and  the  tribological  and  mechanical  properties  of  common  polymer  matrices,  as  well  as  the  categories  of  functional  fillers  that  improve  the  coating  performance.  Applicable  scopes,  process  parameters, advantages, and limitations of the preparation methods of polymer coatings are discussed in  detail.  The  tribological  properties  of  the  composite  coatings  with  different  matrices  and  fillers  are  compared,  and  the  lubrication  mechanisms  are  analyzed.  Fillers  reduce  friction  by  promoting  the  formation  of  transfer  films  or  liquid  shear  films.  Improvement  of  the  mechanical  properties  of  the  composite  coatings  with  fillers  of  different  morphologies  is  described  in  terms  of  strengthening  and  toughening  mechanisms,  including  a  stress  transfer  mechanism,  shear  yielding,  crack  bridging,  and  interfacial  debonding.  The  test  and  enhancement  methods  for  the  adhesion  properties  between  the  coating and substrate are discussed. The coating adhesion can be enhanced through mechanical treatment,  chemical  treatment,  and  energy  treatment  of  the  substrate.  Finally,  we  propose  the  design  strategies  for  high‐performance  polymer  composite  coating  systems  adapted  to  specific  operating  conditions,  and  the  limitations of current polymer composite coating research are identified.    Keywords: polymer coatings; tribological properties; mechanical properties; adhesion properties; coating  design     

1    Introduction  As  the  demand  for  energy‐efficient  machines  and  environmental  cleanliness  continues  to  grow,  a  number  of  techniques  have  been  developed  to  reduce  friction  and  wear,  save  energy,  and  minimize  waste.  Because  the  use  of  liquid  lubricants  i