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钢丝圈表面耐磨耐蚀涂层的理论与试验研究

作　者: 唐海霞
导　师: 赵永武
学　校: 江南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 钢丝圈摩擦磨损耐蚀机理
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 69次
引　用: 1次
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内容摘要

钢丝圈作为纺纱机上的高速旋转的关键部件,其表面性能一直倍受人们的关注。现行的表面处理方法主要是电镀镍钴,但对环境有很大的污染。本文以其表面涂层的应用及改进为基本出发点,寻求取代电镀的新的涂层和工艺。选择了粘结性聚四氟乙烯(PTFE)复合涂层、化学镀镍磷(Ni-P)合金涂层和类金刚石(DLC)涂层为主要研究对象,对各个涂层在不同的工况下的摩擦磨损性能进行了系统的研究,探讨了涂层的耐磨耐蚀性能及其机理。实验结果表明:(1)PTFE涂层有相对较低和较稳定的摩擦系数,适用于低速高载的场合,涂层的耐蚀性能良好。(2)镍磷镀层在60N或更高载荷下摩擦磨损中涂层会发生片状脱落,但在低载荷情况下使用良好。(3)DLC涂层的摩擦系数随着速度的增大而降低,在磨损过后表面只表现出轻微的划伤,有很好的抗磨性能。在腐蚀失重实验中,失重率低,耐蚀性能好。在实验基础上研究了涂层的耐磨耐蚀机理:(1)PTFE复合涂层能在对偶面上形成相对稳定的转移膜,PTFE与树脂等填料有很好的协同作用,磨损方式主要为磨粒磨损和粘着磨损。(2)高载荷下镍磷镀层因循环应力作用晶界变成涂层的薄弱环节,发生开裂。NaCl腐蚀介质中,涂层表面能迅速钝化,形成良好的保护膜。(3)高速滑动中,DLC涂层在摩擦过程中产生的瞬时高温下,亚稳态的无定型碳打破能量壁垒转化为稳定的石墨,对涂层起到了润滑的作用,有效降低了摩擦系数和磨损量。涂层有一定的厚度且为非晶态结构,有良好的耐蚀性。综合摩擦系数、磨损量、耐蚀性能、成本和环保等因素,化学镀镍磷和DLC涂层可用于改善钢丝圈表面性能。从经济的角度考虑,镍磷涂层有着很高的性价比;从环境保护的角度来说,DLC涂层将是最佳的选择。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 引言  7
  1.2 课题的研究背景及其意义  7-8
  1.3 相关涂层技术的原理和特点  8-9
    1.3.1 粘结性PTFE 复合薄膜技术  8
    1.3.2 化学镀镍磷技术  8
    1.3.3 类金刚石涂层技术  8-9
  1.4 耐磨耐蚀涂层的基础理论研究  9-13
    1.4.1 摩擦  9-10
    1.4.2 磨损  10
    1.4.3 腐蚀  10-11
    1.4.4 耐磨耐蚀涂层的研究现状  11-13
  1.5 课题的主要研究内容  13-15
第二章钢丝圈试验涂层的选择  15-18
  2.1 国内现行钢丝圈表面处理方法  15
  2.2 国外钢丝圈表面处理方法  15-16
  2.3 试验涂层的选择及其依据  16-18
    2.3.1 对现有钢丝圈技术的分析  17
    2.3.2 最终用于试验涂层的选择及其原因  17-18
第三章粘结性PTFE 复合膜的制备和性能研究  18-27
  3.1 试验试样的制备  18
  3.2 涂层性能的测试  18-19
    3.2.1 涂层表面粗糙度和涂层厚度的测定  18-19
    3.2.2 涂层硬度的测量  19
  3.3 涂层的摩擦磨损实验  19-25
    3.3.1 载荷与速度对摩擦性能的影响  21-22
    3.3.2 载荷与速度对涂层磨损的影响  22-24
    3.3.3 粘结PTFE 固体复合涂层摩擦磨损机理分析  24-25
  3.4 涂层耐蚀性能实验验和耐蚀机理分析  25-26
    3.4.1 电化学实验  25-26
    3.4.2 耐蚀机理分析  26
  3.5 本章小结  26-27
第四章化学镍磷镀层的制备及其性能研究  27-38
  4.1 化学镍磷镀层的制备  27
  4.2 镀层性能的测试  27-28
    4.2.1 镀层表面粗糙度和涂层厚度的测定  27
    4.2.2 镀层硬度的测量  27-28
    4.2.3 镀层含磷量及孔隙率的测量  28
  4.3 化学镀镍磷合金镀层摩擦磨损实验  28-35
    4.3.1 载荷与速度对摩擦性能的影响  29-31
    4.3.2 载荷与速度对涂层磨损的影响  31-33
    4.3.3 摩擦副表面形貌分析  33-34
    4.3.4 化学镍磷镀层摩擦磨损机理分析  34-35
  4.4 涂层耐蚀性能实验和耐蚀机理分析  35-36
    4.4.1 电化学实验  35
    4.4.2 涂层的腐蚀失重实验  35-36
    4.4.3 涂层耐蚀机理分析  36
  4.5 本章小结  36-38
第五章类金刚石涂层的制备及其性能研究  38-52
  5.1 试验试样的制备  38-39
  5.2 涂层表面形貌的观测及分析  39-40
  5.3 涂层显微硬度分析  40-41
  5.4 涂层的付氏红外光谱分析  41-42
  5.5 DLC 涂层摩擦磨损实验  42-49
    5.5.1 载荷与速度对摩擦性能的影响  44-45
    5.5.2 载荷与速度对涂层磨损的影响  45-48
    5.5.3 摩擦副表面形貌分析  48
    5.5.4 类金刚石涂层摩擦磨损机理分析  48-49
  5.6 涂层耐蚀性能的实验和耐蚀机理分析  49-50
    5.6.1 涂层的电化学实验  49-50
    5.6.2 涂层的腐蚀失重实验  50
    5.6.3 涂层耐蚀机理的分析  50
  5.7 本章小结  50-52
第六章三种涂层性能的综合比较和评价  52-55
  6.1 涂层基本性能的比较  52-53
    6.1.1 涂层摩擦系数和磨损率的比较分析  52
    6.1.2 三种涂层的耐蚀性能分析  52-53
  6.2 涂层成本的对比分析  53
  6.3 涂层工艺环保性能的比较分析  53-54
  6.4 DLC 涂层和国外先进工艺的比较分析  54
  6.5 综合考虑和比较结果  54-55
第七章结论和展望  55-56
  7.1 结论  55
  7.2 展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-62
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  62

钢丝圈表面耐磨耐蚀涂层的理论与试验研究

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