纳米WC/PTFE镍基复合电刷镀层的摩擦磨损与耐腐蚀性能
发布时间：2021-01-27 09:00
针对单一纳米颗粒电刷镀镀层综合性能存在的不足,利用电刷镀技术在45钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层。采用扫描电子显微镜观察电刷镀复合镀层的表面形貌和显微结构,球盘式摩擦磨损试验机测试其干摩擦条件下摩擦磨损性能,在pH=4浓度为0.05mmol/L的硫酸溶液中进行耐腐蚀性试验。结果表明:在镀液中添加不同含量纳米粒子,可以不同程度填补粒子之间的空缺,使镀层表面平整、光滑;含纳米WC和PTFE镍基复合镀层的耐磨损和耐腐蚀性能强于纯镍基镀层和45钢基体,这是由于纳米粒子细晶强化和弥散强化所致;当含1.5g/L纳米WC与7g/L纳米PTFE乳液的复合镀层耐磨损性能最佳;含1g/L纳米WC与5g/L纳米PTFE复合镀层的耐腐蚀性能较纯镍基复合镀层提高一倍;45钢的磨损机制是粘着磨损,纯镍基镀层的磨损机制是剥层磨损,纳米WC/PTFE镍基复合镀层的磨损机制是磨粒磨损。
【文章来源】：中国表面工程. 2015,28(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１纯镍基镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的Ｘ射线衍射图谱
镀层的Ｘ射线衍射图谱。从图１可以看出，ＷＣ／ＰＴＦＥ图１纯镍基镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的Ｘ射线衍射图谱Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅＮｉｃｏａｔｉｎｇａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴ－ＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ镍基复合镀层中，ＷＣ含量较低，未见其明显特征峰。这是因为，ＷＣ在镀液中作为晶核生长成晶粒，被ＰＴＦＥ所包裹，因而导致镀层表面ＷＣ含量较少。２．２ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层的表面形貌图２为纯镍基镀层和不同纳米ＷＣ和ＰＴＦＥ浓度镍基复合镀层的表面形貌。图２（ａ）所示，纯镍基镀层表面密布包状组织，这是由于粒子聚集所致，结构较为疏松，孔洞（图片中黑点处）密布。由图２（ｂ）～（ｅ）可见，纳米ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层结构致密、颗粒分散均匀，相较于纯镍基镀层，ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层表面更加平整、孔洞数量大大减少，且随着ＷＣ和ＰＴＦＥ浓度的增加镀层表面结构更加致密、孔洞数量减少、平整性增加。这是由于在加入纳米ＷＣ和ＰＴＦＥ粒子后，其可作为填充材料填补镀层中的孔洞和缝隙；并利用纳米ＷＣ颗粒较高的比表面积和表面活性，使其均匀分散在溶液中成为晶核，促进结晶和晶粒快速生长，显著提高结晶形核率；且弥散分布在镀层中的纳米颗粒又可以起到阻碍镀层晶粒长大的作用，因此使复合镍镀层的晶粒细小，表面均匀、平坦，结合较为致密。同时，由于ＰＴＦＥ高分子聚合物的作用，镀层表面将会产生裂纹，且随着ＰＴＦＥ乳液浓度的增加，复合镀层表面的裂纹数量有所增加，图２（ｅ）中可见，当Ｐ
２Ｎ时摩擦因数约为０．４，当载荷４Ｎ时约为０．５。Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ复合镀层上的磨痕部分被磨平，磨痕中部分晶粒由于受到较大载荷作用而出现脆性断裂，使磨痕部位表面平整度较差，故导致其摩擦因数相对较大。图３４５钢、纯镍镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的摩擦因数Ｆｉｇ．３Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌ，ＮｉｃｏａｔｉｎｇａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ图４４５钢和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层磨损表面形貌Ｆｉｇ．４Ｗｅａｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ图５为４５钢基体、纯镍镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴ－ＦＥ复合镀层干摩擦条件下的磨损情况（磨损量和磨痕宽度）。从图中可以看出，当载荷为２Ｎ时，镀层的磨损量和磨痕宽度均要小于４５钢基体，耐磨性能有所提高。这是由于细晶粒组织受到外力发生塑性变形，可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，致使细晶粒金属比粗晶粒金属具有更高的强度、硬度、塑性和韧性，故镀层的耐磨损性能得到改善。但当载荷为４Ｎ时，纯镍基镀层磨损量最大，这是由于此时纯镍基镀层表面的载荷较大，产生较大的剪切应力，重复作用导致镀层微裂纹的产生，当微裂纹不断扩展和连接时产生宏观裂纹，致使镀层呈块状脱落，即为剥层磨损。而当ＷＣ质量浓度为１．５ｇ／Ｌ、ＰＴＦＥ乳液浓度为７ｇ／Ｌ时的磨痕宽度和磨损量最小，耐磨性能最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ91HP镁合金电沉积Ni-SiO2纳米复合镀层的显微结构与耐磨性（英文）[J]. 刘燕,于思荣,刘金丹,韩志武,苑东生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[2]PTFE对复合镀层摩擦特性的影响[J]. 周细应,李卫红,徐洲. 润滑与密封. 2008(08)
[3]Nano-WC/PTFE-Ni复合电刷镀层的磨损性能研究[J]. 林文松,钱士强,徐曼曼. 摩擦学学报. 2007(05)
[4]电刷镀Ni-PTFE纳米复合镀层的摩擦特性研究[J]. 李卫红,周细应,徐洲,严敏杰,韦光儒. 摩擦学学报. 2005(06)
[5]Friction and Wear Characteristics of Brush Plating Ni/nano-Al2O3 Composite Coating under Sand-Containing Oil[J]. Lingzhong DU, Binshi XU, Shiyun DONG, Xin LI, Hua YANG, Weiyi TU and Zixin ZHU College of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, ChinaProf.,. Journal of Materials Science & Technology. 2005(01)
本文编号：3002786
【文章来源】：中国表面工程. 2015,28(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１纯镍基镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的Ｘ射线衍射图谱
镀层的Ｘ射线衍射图谱。从图１可以看出，ＷＣ／ＰＴＦＥ图１纯镍基镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的Ｘ射线衍射图谱Ｆｉｇ．１ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅＮｉｃｏａｔｉｎｇａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴ－ＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ镍基复合镀层中，ＷＣ含量较低，未见其明显特征峰。这是因为，ＷＣ在镀液中作为晶核生长成晶粒，被ＰＴＦＥ所包裹，因而导致镀层表面ＷＣ含量较少。２．２ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层的表面形貌图２为纯镍基镀层和不同纳米ＷＣ和ＰＴＦＥ浓度镍基复合镀层的表面形貌。图２（ａ）所示，纯镍基镀层表面密布包状组织，这是由于粒子聚集所致，结构较为疏松，孔洞（图片中黑点处）密布。由图２（ｂ）～（ｅ）可见，纳米ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层结构致密、颗粒分散均匀，相较于纯镍基镀层，ＷＣ／ＰＴＦＥ镍基复合镀层表面更加平整、孔洞数量大大减少，且随着ＷＣ和ＰＴＦＥ浓度的增加镀层表面结构更加致密、孔洞数量减少、平整性增加。这是由于在加入纳米ＷＣ和ＰＴＦＥ粒子后，其可作为填充材料填补镀层中的孔洞和缝隙；并利用纳米ＷＣ颗粒较高的比表面积和表面活性，使其均匀分散在溶液中成为晶核，促进结晶和晶粒快速生长，显著提高结晶形核率；且弥散分布在镀层中的纳米颗粒又可以起到阻碍镀层晶粒长大的作用，因此使复合镍镀层的晶粒细小，表面均匀、平坦，结合较为致密。同时，由于ＰＴＦＥ高分子聚合物的作用，镀层表面将会产生裂纹，且随着ＰＴＦＥ乳液浓度的增加，复合镀层表面的裂纹数量有所增加，图２（ｅ）中可见，当Ｐ
２Ｎ时摩擦因数约为０．４，当载荷４Ｎ时约为０．５。Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ复合镀层上的磨痕部分被磨平，磨痕中部分晶粒由于受到较大载荷作用而出现脆性断裂，使磨痕部位表面平整度较差，故导致其摩擦因数相对较大。图３４５钢、纯镍镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层的摩擦因数Ｆｉｇ．３Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｉｔｈｔｉｍｅｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌ，ＮｉｃｏａｔｉｎｇａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ图４４５钢和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥ纳米复合镀层磨损表面形貌Ｆｉｇ．４Ｗｅａｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌａｎｄＮｉ－ＷＣ／ＰＴＦＥｎａｎｏ－ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ图５为４５钢基体、纯镍镀层和Ｎｉ－ＷＣ／ＰＴ－ＦＥ复合镀层干摩擦条件下的磨损情况（磨损量和磨痕宽度）。从图中可以看出，当载荷为２Ｎ时，镀层的磨损量和磨痕宽度均要小于４５钢基体，耐磨性能有所提高。这是由于细晶粒组织受到外力发生塑性变形，可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，致使细晶粒金属比粗晶粒金属具有更高的强度、硬度、塑性和韧性，故镀层的耐磨损性能得到改善。但当载荷为４Ｎ时，纯镍基镀层磨损量最大，这是由于此时纯镍基镀层表面的载荷较大，产生较大的剪切应力，重复作用导致镀层微裂纹的产生，当微裂纹不断扩展和连接时产生宏观裂纹，致使镀层呈块状脱落，即为剥层磨损。而当ＷＣ质量浓度为１．５ｇ／Ｌ、ＰＴＦＥ乳液浓度为７ｇ／Ｌ时的磨痕宽度和磨损量最小，耐磨性能最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ91HP镁合金电沉积Ni-SiO2纳米复合镀层的显微结构与耐磨性（英文）[J]. 刘燕,于思荣,刘金丹,韩志武,苑东生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[2]PTFE对复合镀层摩擦特性的影响[J]. 周细应,李卫红,徐洲. 润滑与密封. 2008(08)
[3]Nano-WC/PTFE-Ni复合电刷镀层的磨损性能研究[J]. 林文松,钱士强,徐曼曼. 摩擦学学报. 2007(05)
[4]电刷镀Ni-PTFE纳米复合镀层的摩擦特性研究[J]. 李卫红,周细应,徐洲,严敏杰,韦光儒. 摩擦学学报. 2005(06)
[5]Friction and Wear Characteristics of Brush Plating Ni/nano-Al2O3 Composite Coating under Sand-Containing Oil[J]. Lingzhong DU, Binshi XU, Shiyun DONG, Xin LI, Hua YANG, Weiyi TU and Zixin ZHU College of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, ChinaProf.,. Journal of Materials Science & Technology. 2005(01)
本文编号：3002786
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