液-固兩相流環境中環氧樹脂抗沖蝕磨損研究進展

于晶晶，趙文杰，王德亮，吳英豪，薛群基

(1.中國科學院寧波材料技術與工程研究所 中國科學院海洋新材料與應用技術重點實驗室浙江省海洋材料與防護技術重點實驗室，浙江 寧波 315201)(2.中國科學技術大學納米學院，江蘇 蘇州 215123)

1 前 言

沖蝕磨損是一類流動體對材料表面造成破壞的沖擊磨損現象，沖擊流從不同角度撞擊、犁劃、研磨工件表面，致使工件表面不斷被去除，從而加速工件損壞、失效，屬于低應力磨損范疇[1-3]。根據顆粒及其攜帶介質的不同，沖蝕磨損可以分為流體沖蝕磨損、氣固沖蝕磨損、氣蝕和液滴沖蝕等[4-6]。沖蝕磨損消耗大量的能源與資源，在工業生產磨損破壞中，沖蝕磨損所占比例高達8%。且沖蝕磨損問題廣泛存在于多種領域，不僅會造成經濟損失，更存在巨大的安全隱患[7,8]。由液體介質攜帶有固體粒子沖擊材料表面造成的沖蝕破壞在生產生活中較為常見，比較典型的如工作在含沙水域工況中的工件(水輪機葉片、軸流泵、管道、閥門、螺旋槳等)，表面易受到沖蝕磨損的破壞導致材料質量損失，液-固流沖蝕磨損是運行在惡劣工況條件下的一種比較復雜的物理化學過程，此過程中影響因素很多，主要包括環境因素(磨粒攻角、沖擊速度、沖擊時間、環境溫度)、磨粒特性(磨粒粒度、磨粒種類)及涂層表面特性(粒度分布、材料顯微組織、表面硬度、級配效應、協同效應)等[9-12]。為了有效減少流體沖蝕磨損造成的破壞，提高材料的利用率、減少經濟損失，通常對零件表面進行強化或局部防護處理，傳統的處理方式有：熱處理、時效強化、化學鍍、電鍍、熱噴涂等[13-16]。但這些方法存在設備昂貴、制備工藝復雜、成本高、現場施工困難等缺點。隨著各種工況對材料性能的要求越來越高，這些表面強化處理方式很難滿足工業所需的抗沖蝕磨損性能。

基于此，科研工作者采用表面工程技術來賦予材料表面良好的抗沖蝕磨損性能，并進行了大量研究。當前，改性有機樹脂材料、顆粒增強有機樹脂復合材料等都是抗沖蝕磨損材料的研究重點[17]。以環氧樹脂為例，環氧樹脂具有優異的黏結性、低固化收縮率、良好的化學穩定性、涂膜堅硬穩定等性能，在防腐涂料、粘合劑、電氣絕緣材料和復合材料等方面有著重要的應用[18,19]。環氧樹脂基耐磨復合材料是一種極具潛力的抗沖蝕涂層材料,以及對于腐蝕破壞、磨損損傷的修補材料,其涂敷工藝簡單、成本低廉。然而純環氧樹脂粘度大、固化后脆性大易產生裂紋、耐濕熱性差、耐沖擊強度低、耐磨損性能較差[20]，這對環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能提出了新挑戰。目前主要通過兩種方法來提高環氧樹脂抗沖蝕磨損性能：一是有機化合物改性環氧樹脂，二是填料改性環氧樹脂復合材料。本文系統總結了利用以上兩種途徑提高環氧樹脂抗沖蝕磨損性能的研究進展。

2 有機化合物改性環氧樹脂

有機化合物改性環氧樹脂，主要是通過化學反應改變環氧樹脂的分子結構，從而改善其性能。目前在沖蝕磨損研究領域，有機化合物改性環氧樹脂主要是通過使用彈性體對環氧樹脂進行增韌[21]。用于改性環氧樹脂的彈性體主要包括聚氨酯、端異氰酸酯基聚丁二烯液體橡膠、高分子增韌劑等。熱塑性聚氨酯鏈段能夠連續無規地貫穿于熱固性的環氧樹脂中,形成互穿聚合物網絡(IPN)和半互穿聚合物網絡(SIPN)，控制分子交聯狀態的不均勻性，形成有利于塑性變形的非均勻結構來實現增韌[22,23]。液體橡膠主要是通過與環氧樹脂混合，兩相間相容性高，固化后析出微粒，產生微觀相的分離，形成海島結構，從而增強環氧樹脂的韌性[24]。這些方法可以明顯提高環氧樹脂的韌性，同時又不會降低其它性能，甚至更優。

盧德宏等[25]利用聚氨酯增韌環氧樹脂，研究聚氨酯和環氧樹脂在不同比例(0∶1，1∶9，2∶8，3∶7，4∶6)下，涂層的抗漿液沖蝕磨損性能。研究表明：各個組分的聚氨酯改性環氧樹脂的沖蝕磨損率隨沖蝕角度的變化規律相同，材料表現為從脆性材料向塑性材料過渡的沖蝕磨損特征；隨聚氨酯含量增加，表面的犁溝減少，且犁溝越來越不連續，材料表面的磨損犁溝和剝落坑被網狀物所阻斷，微觀角度來看是聚氨酯形成網狀物阻斷磨損，保護環氧樹脂基體，從而提高了抗沖蝕磨損性能。

邢志國等[26]通過加入不同量的聚氨酯來改性環氧樹脂，研究SiC顆粒增強的聚氨酯改性環氧樹脂涂層的抗沖蝕磨損性能，結果表明，復合涂層的抗沖蝕磨損性能隨沖蝕角度的不同而變化，如圖1。在大角度沖蝕時，材料受到法向顆粒的正面沖擊，而使材料發生塑性變形形成沖擊凹坑[27]，聚氨酯加入量為30%～35%時涂層的抗沖蝕磨損性能最好；而小角度沖蝕時，聚氨酯加入量為5%～15%時可以減緩微切削造成的破壞，有更好的抗沖蝕磨損性能，且無論在大角度還是小角度沖蝕下，改性環氧樹脂涂層抗沖蝕磨損性能都好于相同試驗條件下白口鑄鐵。

鄧小亮等[28]將兩種不同摩爾質量(1000和2000 g/mol)的聚丙二醇先后與二苯甲烷二異氰酸酯、縮水甘油發生反應得到兩種不同聚醚鏈段長度端環氧官能團的聚氨酯(ETPU1000、ETPU2000)，然后用來改性環氧樹脂并進行性能測試。研究發現，隨著ETPU含量的增加，共混物的缺口沖擊強度先增高后降低，且ETPU2000增韌效果更好。如圖2所示，ETPU2000的加入能顯著提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，且在質量分數為15%時形成的沖蝕坑槽數量最少，坑槽較窄淺，沖蝕質量損失值最小；而當質量分數繼續增加到35%時，作為分散相粒子的ETPU尺寸變大，分散相與基體的界面處易大塊松動導致剝落，反而造成沖蝕磨損量增大，故添加適量的ETPU2000能抑制純環氧樹脂因脆性而產生的疲勞剝落。

圖1 聚氨酯加入量對涂層抗沖蝕磨損性能的影響 (a)；聚氨酯加入量為15%時不同沖蝕角度下，涂層的表面形貌照片：(b)30°，(c)90°[26]Fig.1 Effect of PU content on erosion-wear resistance of the coating (a)；SEM images of coating surface with 15wt% PU at different erosion-wear angles:(b)30°,(c)90°[26]

圖2 沖蝕磨損表面的SEM照片[28]Fig.2 SEM images of erosive wear surface[28]

胡少坤等[29]使用多異氰酸酯和端羥基聚丁二烯液體橡膠(HTPB)反應，制得端異氰酸酯基聚丁二烯液體橡膠，再用其改性環氧樹脂，得到端異氰酸酯基聚丁二烯液體橡膠-環氧樹脂聚合物(ETPB)，在ETPB中分別添加質量分數為5%和10%的納米Al2O3填料。沖蝕磨損測試發現，端異氰酸酯基聚丁二烯液體橡膠對環氧樹脂的增韌效果較好，使得環氧樹脂有較好的彈性，能吸收沖擊磨粒的動能，從而提高環氧樹脂抗沖蝕磨損性能。而添加納米Al2O3后的ETPB復合涂層的抗沖蝕磨損性能并未提高，主要是由于兩者的相容性與界面結構較差，強度和剛性增加的同時脆性也變大，反而降低了抗沖蝕磨損性能[30]。

買淑芳等[31]用具有多種活性基團特制的高分子增韌劑(ZRJ)來改性環氧樹脂，強度與沖蝕磨損測試結果表明，增韌劑的含量為環氧樹脂的80%(質量分數)時效果最好，斷裂韌性、抗開裂性、抗沖蝕磨損性能顯著提高，其中斷裂韌性提高最明顯，比原環氧/固化劑體系提高約9～20倍；抗沖蝕磨損強度提高46%。ZRJ與環氧樹脂形成共混均相后，隨ZRJ用量的增加，分散相顆粒逐漸密集，使改性的環氧樹脂復合材料形成了海島結構的微觀形貌。

綜上，有機化合物改性環氧樹脂可以提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，有兩個主要原因:一是有機化合物可以提高環氧樹脂基體的韌性，改善環氧樹脂易脆性脫裂的情況；二是在環氧樹脂中形成海島狀或網狀結構，保護環氧樹脂免受直接沖擊造成的剝離破壞，從而使環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能提高。

3 填料改性環氧樹脂復合材料

環氧樹脂分子有許多活性基團，具有很好的相容性，加入不同的填料可得不同的性能。以環氧樹脂為基體，通過添加具有各類優良性質的固體粒子作為耐磨相，這些耐磨損的填料一方面可以加強與環氧樹脂交聯反應，提高涂層的致密性，另一方面可以有效保護基體[32]。常用于改性環氧樹脂的耐磨填料主要有SiC、Al2O3、SiO2、粉煤灰、粘土和其他微納粒子等。填料的加入與環氧樹脂發生物理或化學結合，對提高環氧樹脂的機械強度、耐腐蝕性、耐磨性和抗沖蝕等性能發揮了重要作用，且填料粒子與環氧樹脂的結合牢固，形成較理想的界面，能起到很好的阻止微裂紋擴展、吸收沖擊能量的作用，實現了補強作用，從而起到很好的抗沖蝕效果[33,34]。

3.1 SiC填料改性

SiC的化學性質穩定，具有很高的硬度和一定的韌性，且耐磨性較好，是一種用途很廣的材料。作為填料改性環氧樹脂時，SiC能增強環氧樹脂的力學性能，且其硬度和強度高，有較好的抵抗磨粒沖擊和切削的作用，能夠抵抗含砂流體的沖擊，減少環氧樹脂基體的磨削，以應對較為苛刻的服役環境[35,36]。SiC改性主要通過單一SiC顆粒、級配SiC顆粒、SiC泡沫陶瓷，以及與環氧樹脂在泡沫鎳中形成顆粒增強型雙連續三元復合材料等形式來增強環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能。

邢志國等[37,38]采用SiC填充環氧樹脂制備環氧樹脂/SiC復合材料，考察SiC含量、SiC顆粒尺寸和沖擊角度對復合涂層沖蝕磨損性能的影響，結果表明，SiC含量的增加能夠提高復合材料的抗沖蝕磨損性能，當SiC質量分數為復合材料的66.66%時，SiC顆粒與環氧樹脂之間的“陰影效應”和“粘接效應”相互配合較好，此時環氧/SiC復合材料的抗沖蝕磨損性能最好，其抗沖蝕磨損性能高于相同條件下的白口鑄鐵，大尺寸SiC顆粒(240 μm)比小尺寸SiC顆粒(120 μm)更能提高復合材料抗沖蝕磨損性能，且大尺寸SiC顆粒/環氧復合材料的抗沖蝕磨損性能優于Q235鋼。

Lu等[39]通過自制的沖蝕磨損試驗機研究了SiC顆粒尺寸對SiC/環氧樹脂復合材料沖蝕磨損行為的影響。結果表明，復合材料的沖蝕磨損率隨SiC顆粒尺寸的增加而降低，當SiC顆粒尺寸較大時，SiC顆粒與環氧樹脂之間的結合力增加，這使粘合界面處發生變形和開裂更困難，因此在受到沖蝕磨損時不容易被擊碎、產生剝落，從而提高抗磨損性能。當不同粒徑的SiC顆粒復配填充時，SiC/環氧樹脂復合材料的抗沖蝕磨損性能最優，這是由于小尺寸SiC顆粒能填充在大尺寸SiC顆粒形成的間隙中，降低SiC顆粒堆積的空隙率。在沖蝕磨損過程中，級配SiC顆粒承受侵蝕磨粒的沖擊和切削的能力更強，保護環氧樹脂免受沖擊流的沖蝕，所以有相對更好的抗沖蝕磨損性能。

劉洋等[40]研究了級配顆粒SiC/環氧樹脂復合材料的沖蝕磨損性能，實驗結果表明：相對于單一顆粒，級配顆粒結構可以增加材料的硬質點，以及沖蝕時產生的彈性碰撞，引發較少的裂紋，從而降低磨損率，提高材料的抗沖蝕磨損性能，通過田口法設計實驗進行級配優化，當SiC的含量粒徑級配體系為70% 550 μm和30% 110 μm時具有最好的抗沖蝕磨損效果。

Ren等[41,42]將環氧樹脂通過真空滲透壓縮塑模均勻分散于SiC泡沫陶瓷中形成共連續相復合涂層，發現在不同的實驗條件下，沖蝕率由較大轉變為較小中間存在一個過渡點，在轉變點之后，逐漸暴露出的SiC泡沫陶瓷起到了遮蔽作用保護環氧樹脂。沖蝕率隨液流中砂含量與流速的增大而增加，且流速的增加引起沖蝕損失更加顯著，呈冪指數上升。圖3中SiC泡沫陶瓷為骨架結構，提高了硬度，減少了砂與樹脂的接觸，復合涂層沖蝕率和沖蝕角度均降低，展現出較好的抗沖蝕磨損性能。

圖3 SiC體積分數對沖蝕率和沖蝕角度的影響(a)；低SiC體積分數 (b)和高SiC體積分數 (c)的SiC泡沫陶瓷/環氧樹脂復合材料示意圖[41]Fig.3 Effect of SiC volume fraction on the erosion (E)and erosion angle (a);Sketches of erosion for SiC foam/epoxy resin with low (b)and high (c)SiC volume fraction[41]

姜勝利等[43]將經過硅烷偶聯劑(KH550)處理的SiC顆粒分散于環氧樹脂中，然后通過真空灌注工藝將復合樹脂填充于泡沫鎳中形成顆粒增強型雙連續三元復合材料，研究其在含氯化鈉料漿沖蝕條件下的性能。實驗結果表明，顆粒增強的泡沫鎳/環氧樹脂/SiC復合材料的耐料漿沖蝕性能較好，明顯優于環氧樹脂/SiC二元復合材料，主要原因是金屬骨架泡沫鎳能夠提高抗剪切能力，而泡沫鎳孔徑和體密度的合理組合形成金屬網骨架可以吸收傳遞外力施加的沖擊能量與載荷，如圖4所示。這種結構不但能夠改善脆性，而且可以緩和沖擊、減少微裂紋，故對于環氧樹脂增韌效果較好，較好地提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能。

SiC填料改性能提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，SiC起到抵抗沖擊能量、降低切削引起的質量損失、減少裂紋的作用，且在SiC含量較高、粒徑級配混合時，能最大限度地提高環氧樹脂性能。

圖4 雙連續復合材料單胞受力分析示意圖[43]Fig.4 Force analysis schematic for unit cell of the co-continuous composite[43]

3.2 Al2O3填料改性

Al2O3具有化學穩定性優良、強度高、硬度大、耐磨、耐腐蝕等特性，應用極為廣泛[44]。Al2O3對氫氧化鈉、砂漿、爐渣、玻璃等有很高的抗侵蝕能力[45]。因此，以Al2O3作為填料來改善環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能是不錯的選擇。

李興會等[46]在環氧樹脂中添加粒度分別為420，250，180，150，125，88，63，45 μm的α-Al2O3棕剛玉，在沖蝕速度為4.4 m/s的條件下進行沖蝕實驗，發現顆粒增強環氧樹脂涂層的磨損機理主要是切削、犁耕和塑性變形，較大的α-Al2O3增強顆粒(250 μm)可以抵抗較小的磨粒(75 μm)的沖蝕，因此選用較大顆粒作為耐磨填料比較合適，且以250 μmα-Al2O3顆粒/環氧樹脂涂層為內襯的玻璃鋼陶瓷復合耐磨管已經試用，且使用效果較好。

陳名華等[47]使用十六烷基三甲基溴化銨處理蒙脫土，制備有機蒙脫土(OMMT)；再用硅烷偶聯劑KH-560改性納米Al2O3(n-Al2O3)，然后將OMMT和改性后的n-Al2O3一起加入環氧樹脂中制備復合涂層進行沖蝕磨損性能測試。結果表明,當OMMT的質量分數為7%，n-Al2O3質量分數為4%時，環氧樹脂涂層抗沖蝕磨損性能最好，此配方下的復合材料耐磨性為Q235鋼的10.83倍。另外，他們還研究了納米Al2O3和MoS2的用量對環氧樹脂涂層抗沖蝕磨損性能的影響，得出最佳配方為n-Al2O3含量為8%、MoS2的含量為12%，此時環氧樹脂涂層的抗沖蝕磨損性能是45鋼的9倍，可用來修復磨損砂漿泵葉片，經濟效益顯著[48]。

潘國順等[49]通過加入不同質量分數硅烷偶聯劑改性的Al2O3來改性環氧樹脂。研究發現，偶聯劑以“彈性橋”的方式將Al2O3和環氧樹脂偶聯，增強二者之間的結合力，使Al2O3在沖蝕磨損的過程中不易脫落，從而提高環氧樹脂抗沖蝕磨損性能，且填料質量分數為75%時具有最優的抗沖蝕磨損性能，以45號鋼作參考試樣，其相對耐磨性達到8.2。

Joshi等[50]采用添加不同質量分數(0，5%，10%，15%)的Al2O3與玻璃纖維改性環氧樹脂，考察不同漿液濃度、沖擊角度和沖擊速度下的沖蝕磨損行為。結果表明，沖蝕磨損初期表面的環氧樹脂基體材料被破壞，緊接著不規則的磨料粒子對填充的纖維產生微切削和微犁耕作用，而Al2O3填料的加入增加了復合材料的硬度，其作為能量壁壘減輕了高能沖擊流造成的破壞，并且Al2O3的含量越高，這種保護作用越明顯。所得結果還表明，沖蝕磨損率隨漿液濃度和沖擊速度的增大而增加，沖擊角度為60°時沖蝕磨損率較大，這與半塑性材料的沖蝕行為相似，填料的加入改變了環氧樹脂的脆性特征，從而提高了抗沖蝕磨損性能。

Al2O3與環氧樹脂結合較好，改性后的環氧樹脂性能優異，綜合抗沖蝕磨損性能高于某些金屬，并且Al2O3填料改性環氧樹脂材料的可應用性較大，有望在實際生產中大規模應用。

3.3 粉煤灰填料改性

上述方法雖然能夠有效提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，但仍存在著生產成本高、難以廣泛應用等缺點。粉煤灰顆粒是硅酸鋁陶瓷組成的空心微球，是燃料發電站的主要廢棄副產物，其價格低廉，且粉煤灰的回收利用能減少對環境的污染[51]。同時，粉煤灰具有低密度、質輕、填充能力強、表面光滑等優勢，良好的可加工性能使其能夠均勻分散于聚合物中，是一種性能優良的填充材料[52,53]。目前已有許多研究人員對粉煤灰填充環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能進行了研究[54]。

陳平等[55]采用硅烷偶聯劑KH-550對高鋁粉煤灰空心微珠進行表面處理，填充不同含量的粉煤灰改性環氧樹脂。結果表明，使用硅烷偶聯劑對表面處理后，可明顯提高微珠與環氧樹脂的相容性，從而提高粉煤灰空心微珠/環氧樹脂復合材料的抗沖蝕磨損性能，其最佳的添加量是3%～4%，此時粉煤灰相互間距適中，協同保護基體，沖擊引起的擠壓變形唇較少，漿料也難以進入基體引起微珠顆粒脫裂，因此抗沖蝕磨損性能較好。

劉敬福等[56]在環氧樹脂中分別添加粉煤灰、納米SiO2，研究對比其抗沖蝕磨損性能發現，以納米SiO2為填料的環氧樹脂膠黏劑具有更優的拉伸強度，這是由于粉煤灰尺寸較大；而納米SiO2尺寸小、比表面積大，具有小尺寸效應，這使得復合材料表面光滑耐磨，因此以納米SiO2為填料的環氧樹脂復合材料抗沖蝕磨損性能高于以粉煤灰為填料的復合涂層。

薛維華等[57]對比了兩種固化劑(T-31、低分子聚酰胺)和兩種填料(粉煤灰、有機蒙脫土)對環氧樹脂涂層在不同磨料粒度和沖蝕速度下的沖蝕磨損性能的影響，結果表明，低分子聚酰胺增韌效果好，固化后的環氧樹脂涂層耐磨性能好；粉煤灰是一種玻璃態顆粒，在整體上對環氧樹脂起增強作用，在沖蝕過程中作為耐磨相，但是易裸露于表面造成脫落；有機蒙脫土作為填料與環氧樹脂通過插層反應、釘扎作用能夠阻止大分子鏈移動，且片層粒子吸收沖擊引起的變形能阻礙微裂紋的擴展，其增韌、增強效果優于粉煤灰。

綜上，粉煤灰雖然在一定程度上提高了環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，可以通過對粉煤灰處理改善其自身缺陷，但由于自身性質，它對于環氧樹脂性能的提高有限，綜合性能要低于其他填料改性環氧樹脂，同時也要根據成本預算、工況需求進行綜合調節。

3.4 其他填料改性

為了提高環氧樹脂的抗流體沖蝕性能，研究者們一直積極探索各種材料，新型的單一填料、多種填料共同混合改性環氧樹脂，或者區別于宏觀水平的研究方法，在納米尺度上對環氧樹脂進行改性，獲得性能更好的材料，賦予材料新的特性或性能，從而提高環氧樹脂的機械性能和抗沖蝕磨損性能。

蘇高申等[58]采用不同質量分數(1%，3%，5%，7%，9%，11%)的粘土改性環氧樹脂，制備涂層進行沖蝕磨損實驗，研究發現各組分粘土/環氧樹脂復合涂層的沖蝕磨損率隨沖蝕角度變化規律相同，變化曲線呈W形，材料表現出從脆性材料向塑性材料過渡的沖蝕磨損特征，粘土改性環氧樹脂的沖蝕磨損率隨粘土加入量增加而降低，當粘土加入量在0～1%之間時，環氧樹脂的磨損率下降速度大，而隨著粘土加入量進一步升高，環氧樹脂磨損率降低速度緩慢。

耿剛強等[59]采用不同質量分數(1%和5%)的納米鐵粉和球狀石墨分別改性環氧樹脂，以Q235鋼為基底制備復合涂層，經過200 h漿體沖蝕磨損，填料為1%超細石墨改性環氧樹脂膠黏層的強韌性較好，其抗沖蝕磨損性能最好，并且在長時間漿體沖蝕過程中，環氧復合膠粘層的漿體沖蝕磨損曲線呈現增重-失重周期性起伏變化。

Pawar等[60]采用堿處理的黃麻纖維來改性環氧樹脂，得出改性環氧樹脂抗沖蝕磨損性能最優的纖維含量是40%(質量分數)，在此基礎上添加不同含量的花崗巖進一步研究抗沖蝕磨損行為。當花崗巖填料含量較低時，在抗沖蝕磨損中不能起主要作用，花崗巖含量較高時，硬質顆粒能吸收沖擊粒子的動能，減少材料塑性變形的能量，且纖維與花崗巖協同作用進一步提高了綜合抗沖蝕磨損性能，且纖維和花崗巖的加入，使復合材料表現出半塑性沖蝕行為，這與數值模擬結果一致，更說明混合填料能夠有效提高環氧樹脂抗沖蝕磨損性能。

孟慶森等[61]選用碳纖維絲、玻璃纖維及超細Al2O3纖維絲作為增強填料，碳化鎢粉、碳化硅粉及霧化鐵粉作為耐磨填料，兩類添加劑按照3因素、3水平的實驗設計方案與環氧樹脂復合，制備成復合材料并研究其抗沖蝕磨損性能。研究表明，樹脂基復合材料的沖蝕磨損以表面粒子剝落和開裂剝落為主，材料的耐磨性主要受其內應力及填料形狀和粒度的影響，碳纖維和霧化鐵粉具有較好的增強效果，表面光滑的顆粒填料改性樹脂得到復合涂層的耐磨效果較好。

綜上所述，目前已存在多種改性環氧樹脂的填料，且各種填料的引入均可以提高環氧樹脂的抗沖蝕磨損性能，其作用的主要機理有：① 填料的加入增強環氧樹脂韌性，加強交聯反應，改善脆性；② 減少空隙與缺陷的存在，提高致密性；③ 填料的陰影效應保護樹脂基底，減少微裂紋擴張，吸收沖擊能量；④ 骨架結構，增強基體抗沖擊能力，緩和沖擊破壞、減少裂紋。填料在環氧樹脂中均勻分散且填料與基體界面結合牢固，是改性的關鍵，但往往填料材料與環氧樹脂的相容性較差，因此，填料在基體中的含量、均勻分散性，以及填料與環氧樹脂界面結合特性是制備高性能抗沖蝕磨損復合材料中不可忽視的問題。

4 結 語

本文主要總結了兩種改性環氧樹脂的方法來提高其抗沖蝕磨損性能，無論是有機物還是填料改性環氧樹脂，最大的改變體現在環氧樹脂從脆性材料向半塑性、塑形材料轉變，改性的環氧樹脂表現出塑形材料沖蝕磨損特征，或從脆性材料向塑性材料過渡的沖蝕磨損特征，即在沖蝕角為30°～45°左右時表現出較大的沖蝕磨損率，此時材料損失主要由微切削和微犁耕引起，伴有較少的擠壓引起的疲勞剝落。對環氧樹脂的改性能有效增加其韌性，從而提高抗沖蝕磨損性能。

通過對環氧樹脂改性方法與機理的總結分析，對今后環氧樹脂的改性研究提出幾點展望：

(1)高固體含量是改性環氧樹脂抗流體沖蝕研究中的主要形式，因此，對填料改性以提高填料與樹脂的相容性、加強界面的結合性質，獲得集防腐、耐磨、耐沖擊于一體的環氧樹脂復合材料是研究主路線。

(2)對于沖蝕的研究，目前缺乏一致的表征測試方法，并且實驗設備也不規范統一，這使得環氧樹脂抗沖蝕磨損改性性能的評判缺乏可比性，這方面應引起研究者的關注。

(3)目前國內外對于環氧樹脂沖蝕行為的研究較多，但是對其理論的分析研究還不夠深入，對沖蝕磨損理論和模型的研究仍存在片面性，因此深入探討各因素對改性環氧樹脂抗沖蝕磨損性能的影響，將使環氧樹脂抗沖蝕磨損研究得到質的提升。

(4)研究人員可嘗試將多功能、多形態填料如超硬(金剛石、立方氮化硼等)、超潤滑(石墨烯、氧化石墨烯、六方碳化硼等)填料復合用于改性環氧樹脂提高其抗沖蝕磨損性能，另外纖維增強環氧樹脂復合材料在抗氣-固流體沖蝕方面研究較多，在液-固兩相流環境中的沖蝕行為方面也應加以重視。