自润滑nip化学复合镀层的制备及其摩擦磨损行为研究

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1、摘要自润滑N卜P化学复合镀层的制备及其摩擦磨损行为研究摘要化学镀Ni—P合金是利用自催化还原机理在基体表面沉积合金的表面处理工艺，所制备的镀层具有镀厚与零件形状无关、硬度高、耐磨性好和优良的耐腐蚀性等优点，以及可随磷含量而改变的磁性、可焊性、可抛光性等功能特性，因此在航空航天、汽车、化工以及电子工业应用广泛。为了满足更为苛刻的工况条件以及开发具有特殊功能的镀层，在化学镀溶液中分别加入不同的固体颗粒，与Ni—P合金共沉积，可获得新型复合镀层。其中加入PTFE、石墨、MoS：等固体润滑颗粒获得的自润滑复合镀层备受关注，而Ni—P—PT

2、FE复合镀层因其减摩效果最好、良好的抗粘性能等优点发展最快，迄今该工艺已成功应用于汽车离合器、变速机构等部件的表面处理，并在许多方面实现了无油润滑。但该复合镀层因PTFE的加入导致镀层机械性能下降，使该复合镀层在高载高速等苛刻条件下有较差的耐磨性，限制了其进一步应用。本文以此为出发点；设计了双相粒子化学复合镀，可望开发出既耐磨又减摩的新一代复合镀层。制备性能均一的复合镀层是以稳定的化学镀液为前提，本工作以开发耐磨减摩镀层为目标，首先对化学镀液的稳定性以及镀液配方和工艺条件对镀速及镀层成分的影响规律进行了探讨。在此基础上分别制备了粒

3、子分布均匀且含量较高的Ni_P—PTFE、Ni—P—PTFE—SiC以及Ni—P—Gr—SiC化学复合镀层，并对其性能特别是摩擦磨损性能进行了较为系统的研究。具体的研究内容及结论如下：首先根据现有理论以及常用稳定剂的稳定效果，设计了几种复合稳定剂，通过稳定性和镀层的耐蚀性测试，发现复合稳定剂(3mg几丙烯基硫脲或硫脲+2mg／LCdSO。+10mg／LKI)不仅具有良好的稳定效果和适中的镀速，且相对于单一稳定剂，该复合稳定剂对镀层的耐蚀性有所改善，表面光亮。另外，首次将非线性神经网络技术用于对化学镀液的研究中，用该方法建立了镀液成

4、分及工艺条件对镀速和镀层磷含量的影响规律模型，实验证明，该模型有较好的准确性和可靠性。在上述具有良好稳定性镀液的基础上，对复合镀层的制备工艺进行了有益探索，特别是表面活性剂对粒子沉积的影响。研究发现，FC阳离子表面活性剂对PTFE的沉积有至关重要的作用，FC非离子表面活性剂有助于PTFE的沉积，当表面活性剂为0．39／LFC一4(阳离子型)和0．19／LFC一10(非离子型)组合时，可使含10ml／LPTFE的镀液获得的镀层具有最大的PTFE复合量；随着PTFE的浓度升高，镀层中摘要PTFE的复合量显著增加而镀液镀速有所下降；保持

5、其他参数不变，当pH值为4．9或温度为90℃时均使PTFE的复合量出现最大值。对于Ni—P—PTFE—SiC镀层而言，双相粒子需采用不同的表面活性剂可实现两种颗粒的均匀复合，试验结果表明，当×加入10m1／LPTFE和99几SiC，且分别用复合表面活性剂(0．29／LFC一4+0．19几Fc—10)和0．19几十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)进行处理，并在适度搅拌下可获得两种粒子分布均匀且含量较多的复合镀层。将99／L石墨和99／LSiC颗粒混合后用0．259／LHTAB进行处理，可获得石墨和SiC颗粒均匀且两者含量较多的Ni—P

6、—Gr—SiC复合镀层。在镀层制备的基础上，对复合镀层的组织结构及基本性能进行了研究。结果表明，Ni—P-PTFE复合镀层的硬度随着粒子含量升高而降低。石墨也使镀层硬度有所下降，而SiC使镀层硬度明显升高；各复合镀层随着热处理温度的升高，其硬度随之增加，在400℃条件下热处理lhr，复合镀层硬度最高；Ni—P—PTFE—SiC和_Ni—P—Gr—SiC双相粒子复合镀层的硬度介于各单相复合镀层之间；‘Ni．P—PTFE化学复合镀层耐蚀性相对于Ni—P镀层有所下降，且粒子含量增多，耐蚀性越差；粒子的加入也改变了镀层的表面润湿性，PTF

7、E和石墨均使镀层的表面能明显降低，而SiC则相反，N卜P—PTFE～SiC和Ni—P—Gr—SiC双相粒子复合镀层的表面能介于各单一复合镀层之间；粒子的加入基本没有改变复合镀层的晶化温度；对Ni—P—Gr—SiC复合镀层进行一定热处理后其最终产物为晶体Ni、化合物Ni。P、化合物Ni。Si、游离C和石墨。采用屏显式端面磨损试验机研究了不同复合镀层的干摩擦磨损性能。结果表明，PTFE的存在使Ni—P—PTFE和Ni—P—PTFE—SiC复合镀层的摩擦系数明显降低，也使镀层磨损过程中的温升变慢。两种复合镀层分别与GCrl5对磨时，随载

8、荷和滑动速度升高，复合镀层的磨损率变大，摩擦系数略有下降。而Ni—P一10．6wt％PTFE复合镀层在30～70N范围内具有良好的耐磨减摩性能。相对于Ni—P一10．6wt％PTFE复合镀层，Ni—P—PTFE—SiC复合镀层承载范围变宽，润滑膜也