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45#钢表面耐磨自润滑复合镀层的制备与机理研究

作　者: 史莹
导　师: 陈岁元；刘常升
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 45#钢纳米Al2O3 聚四氟乙烯(PTFE) Ni-P-Al2O3-PTFE复合镀层硬度耐磨性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

化学镀镍方法以其工艺简便、成本低、镀层厚度均匀、可大面积镀覆等优点,已广泛应用于实际生产中,然而,随着技术不断发展与实际生产工程中需要,又逐步发展具有特定功能的复合镀层。利用纳米材料的一些独特的性能,结合传统表面技术制备表面纳米颗粒增强复合镀层的研究成为当今材料表面领域的热点课题之一。本文结合这两项技术的特点,在45#钢表面化学镀层中复合纳米Al2O3粒子和PTFE粒子,研究制备具有高耐磨和自润滑性能的化学复合镀技术,以满足企业实际生产的需要。主要运用显微硬度计、金相显微镜、SEM、XRD和摩擦磨损试验机等检测手段对实验样品的组织结构、表面形貌、显微硬度、耐磨性能及其机理进行了系统研究,结果表明：实验优化出的化学镀配方为：硫酸镍25g/L,次亚磷酸钠30g/L,乳酸25ml／L,柠檬酸5g/L,乙酸钠15g/L,氨基乙酸3g/L,硫脲3～5mg/L,pH=4.8,温度88±2℃；纳米A1203的加入量为2-3g/L,PTFE乳液的加入量为10ml／L。利用优化了的制备技术,在45#钢表面成功制备出具有纳米A1203增强、PTFE复合减摩的高耐磨和低摩擦系数的Ni-P-Al2O3-PTFE复合镀层。实验制备的Ni-P、Ni-P-Al2O3、Ni-P-PTFE和Ni-P-Al2O3-PTFE等镀层镀态时为非晶态结构,Ni-P非晶态镀层硬度为516HV,Ni-P-PTFE非晶态镀层的硬度为380HV,Ni-P-Al2O3非晶态镀层硬度为684HV,Ni-P-Al2O3-PTFE非晶态镀层的硬度为452HV。经过热处理后镀层在300℃时开始晶化,到400℃时其镀层全部转化为晶态；Ni-P合金镀层的硬度经过400℃热处理后达到最大值894HV；Ni-P-Al2O3复合镀层400℃热处理后达到最大值1215HV；因为PTFE的熔点为327℃,Ni-P-Al2O3-PTFE多元复合镀层375℃处理的硬度是894HV,400℃处理的硬度是1187HV,镀层的硬度大幅提高,证明镀层中PTFE的气化逸出,蒸发温度是375℃,使镀层的自润滑性能降低,因此本实验选择350℃热处理一小时,可以得到相对较高的硬度756HV,同时不会破坏镀层中的PTFE。制备的Ni-P-Al2O3-PTFE镀层经过350℃×1h热处理后其磨损量为1.6mg,摩擦系数为0.11,表现出了优良的综合耐磨性能。Ni-P-Al2O3-PTFE复合镀层中,高硬度的纳米Al2O3通过复合沉积与镍磷镀层构成复合相,提高了镀层的硬度及耐磨性能；而PTFE粒子由于具有良好的自润滑性能,复合镀层在受到摩擦时,PTFE粒子可通过自身的层状剥始在镀层表面铺展,形成连续的减磨膜,降低了复合镀层摩擦系数；二者协同作用使Ni-P-Al2O3-PTFE复合镀层具有高的耐磨性能和自润滑性能。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章引言  12-33
  1.1 钢表面耐磨性能的现有改善方法  12-16
    1.1.1 润滑剂法  13
    1.1.2 涂层法  13-16
  1.2 化学镀概述  16-23
    1.2.1 化学镀Ni-P的基本原理  16-17
    1.2.2 化学镀技术的特点  17-18
    1.2.3 化学镀技术的研究现状与发展应用  18-23
  1.3 复合镀概述  23-27
    1.3.1 化学镀复合镀层的沉积机理  24-25
    1.3.2 复合镀层的分类及性能  25-26
    1.3.3 化学复合镀技术的特点  26-27
  1.4 本课题国内外研究现状和发展趋势  27-32
    1.4.1 复合镀研究现状  27-30
    1.4.2 发展趋势  30-32
  1.5 本课题研究目的和内容  32-33
第2章实验方法  33-43
  2.1 实验材料和实验装置  33-34
    2.1.1 实验材料  33-34
    2.1.2 实验仪器及设备  34
  2.2 基本工艺流程  34-40
    2.2.1 镀液成分及配制方法  35-37
    2.2.2 试样的前处理  37-39
    2.2.3 粉体的预处理  39
    2.2.4 施镀  39
    2.2.5 镀件后处理  39-40
  2.3 镀层性能测试方法  40-41
    2.3.1 镀层厚度测试  40
    2.3.2 镀层截面的观察  40
    2.3.3 镀层的形貌观察与分析及成分测定  40
    2.3.4 镀层组织结构的检测  40-41
    2.3.5 镀层显微硬度测试方法  41
    2.3.6 摩擦磨损性能测试  41
  2.4 本章小结  41-43
第3章化学镀工艺的优化  43-53
  3.1 化学镀Ni-P合金工艺  43-47
    3.1.1 主盐的选用和浓度确定  43-44
    3.1.2 还原剂的选用及浓度确定  44
    3.1.3 络合剂种类及浓度的选择  44-45
    3.1.4 缓冲剂的种类及用量的选择  45
    3.1.5 稳定剂种类及用量的选择  45
    3.1.6 促进剂的种类及浓度确定  45
    3.1.7 pH值的选择  45-46
    3.1.8 施镀温度的影响  46-47
  3.2 化学复合镀工艺  47-51
    3.2.1 单颗粒化学复合镀  47-49
    3.2.2 多元化学复合镀  49-51
  3.3 本章小结  51-53
第4章复合镀层性能的研究与分析  53-82
  4.1 镀层形貌的观察与分析  53-56
    4.1.1 镀层的宏观形貌  53
    4.1.2 镀层的截面形貌  53-55
    4.1.3 镀层的表面形貌  55-56
  4.2 镀层的生长过程  56-58
  4.3 镀层组织结构分析  58-60
  4.4 热处理对镀层组织结构的影响  60-62
  4.5 镀层硬度及热处理对其的影响  62-68
    4.5.1 镀态下镀层的显微硬度  62-65
    4.5.2 热处理对硬度的影响  65-68
  4.6 镀层摩擦磨损性能的检测与分析  68-80
    4.6.1 实验结果及摩擦特性分析  68-74
    4.6.2 镀层摩擦磨损机理分析  74-80
  4.7 本章小结  80-82
第5章结论  82-83
参考文献  83-87
致谢  87

45#钢表面耐磨自润滑复合镀层的制备与机理研究

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