45#钢表面化学镀Ni-B涂层的制备及其摩擦学性能的研究

发布时间：2017-09-15 08:05

  本文关键词：45#钢表面化学镀Ni-B涂层的制备及其摩擦学性能的研究

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【摘要】：1946年Brenner和Riddell提出化学镀方法以来,化学镀技术已经在工业中获得广泛应用。化学镀镍硼合金涂层已被用于改善不锈钢、铝以及镁合金等基体的耐蚀及其摩擦学性能,但目前关于在碳钢上沉积Ni-B涂层的结构及性能等方面的研究报道还比较少,此外,以往的研究大多关注Ni-B涂层在干摩擦条件下的摩擦学性能,鉴于Ni-B涂层表现出良好的耐蚀性能,有必要开展Ni-B涂层在水腐蚀特别是盐水腐蚀条件下的摩擦学性能的研究。本文以45#钢作为基体,采用化学镀技术在45#钢表面构筑镍硼涂层,较为系统的研究了制备条件及热处理对Ni-B涂层表面形貌、晶相结构及耐蚀性能的影响,重点研究了Ni-B涂层在盐水腐蚀条件下的摩擦学性能。同时采用提拉浸涂法,化学刻蚀技术和自组装技术对镍硼涂层进行表面修饰,得到了减摩性能良好的Ni-B/PTFE复合薄膜和高疏水Ni-B涂层硬脂酸薄膜,并对其摩擦学性能进行了研究。研究结果如下:(1)45#钢表面化学镀Ni-B涂层的晶相结构及表面形貌与涂层沉积速度有关,当沉积速度较低时,45#钢表面化学镀Ni-B涂层呈现“花瓣”结构,为非晶态,对45#钢具有良好的腐蚀保护作用,同时,在干摩擦、水腐蚀和3.5%NaCl水溶液腐蚀下,Ni-B涂层具有明显的减摩耐磨性能,其磨损机制主要以粘着磨损为主。(2)热处理可明显影响Ni-B涂层表面的晶相组织和摩擦学特性。当热处理温度达到400℃时,Ni-B涂层表面生成Ni2B和Ni3B等晶相组织,表面硬度增大,且耐磨性能得到了显著的提高,但其摩擦系数却增大了近75%。当热处理温度达到550℃,尽管XRD分析表明其晶相组织中仍有Ni2B和Ni3B等晶体结构,同时还检测到了Ni4B3晶相,但是SEM发现,涂层出现较为严重的破坏,耐磨性能也急剧下降。(3)采用提拉法在Ni-B涂层表面涂覆PTFE固体润滑涂层,可大幅度改善Ni-B涂层的润湿性能和摩擦学性能。以60%PTFE乳液制备的Ni-B/PTFE复合涂层表面静态接触角达到129°,具有良好的耐蚀性能,干摩擦条件下摩擦因数长时间稳定在0.08左右,而在3.5%NaCl水溶液条件下的摩擦因数可进一步低至0.04。(4)采用自组装技术在Ni-B涂层表面涂覆硬脂酸薄膜,发现Ni-B涂层经过盐酸刻蚀后沉积硬脂酸薄膜,得到的表面对水的静态接触角为147°,滚动角为18°,呈现高疏水性,同时表现出良好的减摩耐磨特性。
【关键词】：Ni-B涂层 耐蚀性能 摩擦学性能 PTFE薄膜 高疏水
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 化学镀Ni-B涂层的概述12-17
• 1.1.1 化学镀Ni-B涂层的优点13-15
• 1.1.2 化学镀Ni-B涂层的原理15-16
• 1.1.3 化学镀Ni-B涂层的应用16-17
• 1.2 多层膜涂层在摩擦学中的研究现状和应用17-20
• 1.3 化学刻蚀与分子自组装技术在摩擦学中的应用20
• 1.4 本文的研究背景及内容20-22
• 第2章 实验原理、方法及实验设备22-30
• 2.1 基底表面的预处理22
• 2.2 化学镀Ni-B涂层的制备22-23
• 2.3 Ni-B/PTFE复合涂层的制备23
• 2.4 自组装薄膜的制备23
• 2.5 实验仪器与设备23-30
• 2.5.1 薄膜制备设备23-24
• 2.5.2 薄膜性能表征设备24-30
• 第3章 45#钢表面化学镀 Ni-B 涂层的耐蚀性及摩擦学性能30-44
• 3.1 前言30-31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 薄膜的制备31
• 3.2.2 薄膜性能的表征31-32
• 3.3 结果与讨论32-41
• 3.3.1 Ni-B涂层的结构表征32-35
• 3.3.2 钢表面Ni-B涂层的耐腐蚀性能35-36
• 3.3.3 干摩擦条件下Ni-B涂层的摩擦学性能36-38
• 3.3.4 去离子水润滑条件下38-39
• 3.3.5 3.5%NaCl溶液润滑条件下39-41
• 3.4 作用机理分析41
• 3.5 本章小结41-44
• 第4章 热处理对化学镀Ni-B涂层摩擦学性能的影响44-54
• 4.1 前言44
• 4.2 实验部分44-45
• 4.2.1 薄膜的制备44-45
• 4.2.2 薄膜的表征45
• 4.3 结果与讨论45-52
• 4.3.1 热处理温度对Ni-B涂层润湿性能及表面形貌的影响45-47
• 4.3.2 XRD分析47-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 45#钢表面 Ni-B/PTFE 复合涂层的制备及摩擦学性能研究54-64
• 5.1 前言54
• 5.2 实验部分54-55
• 5.2.1 薄膜的制备54
• 5.2.2 薄膜性能的表征54-55
• 5.3 结果与讨论55-63
• 5.3.1 涂层表面形貌及润湿性能表征55-59
• 5.3.2 钢表面Ni-B/PTFE复合涂层的耐腐蚀性能59-60
• 5.3.3 Ni-B/PTFE复合涂层的摩擦学性能60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 45#钢化学镀 Ni-B 涂层表面硬脂酸高疏水薄膜及其摩擦学性能的研究64-72
• 6.1 前言64-65
• 6.2 实验部分65-66
• 6.2.1 薄膜的制备65
• 6.2.2 薄膜性能的表征65-66
• 6.3 结果与讨论66-71
• 6.3.1 Ni-B涂层硬脂酸薄膜的表征66-68
• 6.3.2 Ni-B涂层硬脂酸薄膜的摩擦学特性68-71
• 6.4 机理分析71
• 6.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文80-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：855284