45钢表面含Zn-Sn合金覆盖的微纳结构制备工艺及性能研究

发布时间：2017-09-23 08:07

  本文关键词：45钢表面含Zn-Sn合金覆盖的微纳结构制备工艺及性能研究

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【摘要】：45钢轮胎模具在使用过程中,受到橡胶粘附、腐蚀、高频次摩擦等因素的影响,表面易粘附大量的橡胶,导致其组织、形貌受到不同程度的破坏而失效,需要对模具进行不断的拆卸、清洗,甚至更换,既缩短了轮胎模具的使用寿命,又增加了生产成本。因此,如何提高模具的抗粘附和失效性能具有重要的研究价值。一般地,轮胎模具构造复杂,体积较大,表面质量要求严格,采用高性能材料制备,生产成本加大,使用范围缩小。材料表面技术可满足模具对于腐蚀,粘附,疲劳,耐磨等方面的质量要求,低成本、高效益地解决上述问题。因此,本文提出一种阳极氧化及电化学复合处理方法,通过控制时间、电压、温度、氧化剂等相关工艺参数,在45钢表面制备含Zn-Sn合金覆盖层的多尺度微纳米复合结构,研究该结构在橡胶硫化过程中的抗粘附污染效果及抗腐蚀失效能力。论文的主要研究内容如下：1.采用定电压阳极氧化法,试验电压为40V,电解质溶液配比为240ml(CH20H)2+10m1 H20+0.3.wt% NH4F,温度为20℃,时间为10min,45钢表层可获得随机均匀分布的,近似圆形的纳米小孔结构,尺寸为20-150nm,深度为1-5gm。研究相关工艺参数发现：电压增大,时间延长,温度降低,去离子水增多,表面微纳米结构形成减少,形状不规则,分布不均匀；增加NH4+的浓度,纳米结构没有明显变化；F-离子增多,孔结构数量减少,尺寸增大；添加氧化剂,可生成珊瑚状孔结构；加入扩孔离子,则形成单个的管状结构。2.利用电化学沉积法,以焦磷酸锌和硫酸亚锡为电解质体系,在45钢微纳米结构表层沉积Zn-Sn合金,可获得含覆盖层的微纳米复合结构,其尺寸为20～50 nm,深度为1-3μm。3.通过热处理、时效、摩擦磨损、抗热震性试验,分析了含Zn-Sn合金覆盖层的微纳米复合结构的性能。结果表明：复合结构结合性能较好,经过退火、时效处理后附着力进一步提高,磨损量较小。4.平板硫化实验：模拟橡胶轮胎的硫化过程,比较原始试样、阳极氧化试样、沉积试样的硫化粘附、表面腐蚀失效情况,发现Zn-Sn合金覆盖的微纳米复合结构对基体有保护效果,对橡胶有“衬托”作用,可疏橡胶,硫化粘附污染物的累积较少,增重较慢,对于高频次的摩擦具有一定的减摩效果,降低了失效发生的可能性,可用于解决轮胎模具的硫化问题。
【关键词】：45钢 阳极氧化 微纳结构 Zn-Sn合金 硫化 抗粘附性能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 引言14-15
• 1.2 金属表面微纳技术的概况15-17
• 1.2.1 微纳化技术研究历程15-16
• 1.2.2 表面微纳化技术的发展趋势16-17
• 1.3 阳极氧化制备金属表面微纳结构17-23
• 1.3.1 阳极氧化制备微纳结构的原理17-22
• 1.3.2 金属表面微纳结构的应用22-23
• 1.4 微纳复合结构的制备及模具硫化污染23-24
• 1.4.1 微纳结构制备工艺、原理及应用23-24
• 1.4.2 模具硫化污染处理方法24
• 1.5 本文选题背景及内容24-25
• 1.6 技术路线25-27
• 第二章 45钢表面多尺度微纳结构的工艺研究27-49
• 2.1 引言27
• 2.2 试验设备及材料27-29
• 2.2.1 试验设备27-28
• 2.2.2 试验材料28-29
• 2.3 试验方法29-30
• 2.4 45钢阳极氧化SEM形貌及形成机理分析30-35
• 2.5 45钢阳极氧化影响因素分析35-47
• 2.5.1 电极系统在阳极氧化过程中的选取原则35-36
• 2.5.2 电压对于纳米化进程的影响36-38
• 2.5.3 电解质温度对阳极氧化的影响分析38-40
• 2.5.4 NH_4F电解质在微纳米化进程中的作用40-42
• 2.5.5 氧化剂对阳极氧化的影响机理42-43
• 2.5.6 去离子水的双向制约作用43-44
• 2.5.7 时间对纳米薄膜结构的影响分析44-45
• 2.5.8 抛光效果及搅拌状态的影响分析45-47
• 2.5.9 扩孔离子的作用47
• 2.6 本章小结47-49
• 第三章 电化学制备含Zn-Sn合金覆盖的微纳结构49-59
• 3.1 引言49
• 3.2 试验方法及设备49-51
• 3.3 试验结果及分析51-52
• 3.4 电化学沉积影响因子的选取原则52-55
• 3.4.1 导电盐的选择52
• 3.4.2 光亮剂的选择52-53
• 3.4.3 PH值的选定53-54
• 3.4.4 温度的选定原则54
• 3.4.5 反应时间的确定54-55
• 3.5 表层组织和3D形貌分析55-57
• 3.6 本章小结57-59
• 第四章 多尺度微纳米结构的性能表征59-68
• 4.1 引言59
• 4.2 试验材料及设备59-60
• 4.2.1 试验材料59-60
• 4.2.2 试验设备60
• 4.3 试验方法60-61
• 4.4 试验结果及分析61-67
• 4.4.1 润湿性试验分析61-62
• 4.4.2 表层抗热震性分析62-63
• 4.4.3 薄膜附着力分析63-64
• 4.4.4 退火处理的结果对比64-65
• 4.4.5 时效的影响65-66
• 4.4.6 摩擦学特性分析66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 多尺度微纳米复合结构的硫化模拟68-75
• 5.1 引言68
• 5.2 试验材料及设备68-69
• 5.2.1 试验材料68-69
• 5.2.2 试验设备69
• 5.3 硫化参数及试验方法69-70
• 5.3.1 硫化参数的选择原则69
• 5.3.2 试验方法69-70
• 5.4 试验结果及分析70-73
• 5.4.1 硫化后的宏观形貌变化70-72
• 5.4.2 硫化后的微观形貌及EDS分析72-73
• 5.4.3 增重法表征微纳米结构抗粘附污染的效果73
• 5.5 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读学位期间发表的论文82-84
• 致谢84

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