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包覆微粒润滑镀层的制备及性能研究

黄仲佳  
【摘要】: 电沉积润滑镀层有利于提高金属表面的耐磨、耐蚀性能,在贫油工况或一些不能施加润滑油的特殊润滑体系中,显示出很大的优越性。润滑复合镀层的添加微粒多为导电微粒,如MoS2、石墨等,导电的微粒粘附于阴极表面上,由于表面尖端效应,会使表面粗糙度增加,甚至形成树枝状结晶。 本文采用微粒改性技术在MoS2微粒表面包覆绝缘材料,研究并优化包覆工艺,观察包覆微粒表面形貌,及分析微粒包覆表面成分。采用复合镀制备含有包覆微粒MoS2/Al2O3的镍基润滑镀层,解决由于MoS2微粒的电导性引起的镀层树枝状结晶问题;研究分散剂对镀液中微粒分散性的影响,研究包覆微粒的复合镀工艺并优化其最佳工艺参数;建立包覆微粒在复合镀中的沉积模型,研究包覆微粒在镀层中的分布,用扫描电镜观察镀层表面形貌,用XRD分析相结构变化;研究镀层的结合强度、显微硬度、摩擦磨损性能及耐腐蚀性能。 采用电解加工技术制备织构化微孔,通过改变暴露面积、电流密度、电解时间,从而获得不同尺寸、深度及分布的织构化微孔。采用电沉积技术在表面织构化微孔中沉积Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层,制备织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层。织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层与GCr15钢进行环/盘式摩擦磨损试验,测试不同直径、间距等织构参数对织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层摩擦磨损性能的影响,用织构化表面MoS2干膜润滑做摩擦磨损性能的对比研究。 研究了Al2O3或PS包覆MoS2微粒的工艺,Al2O3包覆MoS2微粒的最佳工艺为,温度80℃,pH值7.0,Al3+浓度为0.2mol/L;XPS检测结果表明MoS2微粒表面成功地包覆了均匀完整的Al2O3层。PS包覆MoS2最佳工艺为:引发剂为0.2wt%的偶氮二异丁腈(AIBN)(基于苯乙烯单体质量分数),聚合时间为2h,苯乙烯单体与微粒用量的比例为1ml:10g,得到包覆均匀、不团聚的PS/MoS2复合微粒。 本文采用电沉积技术制备减摩复合镀层,得出以下结论:十六烷基溴化铵(CTAB)用量在0.4mg/l时,微粒在镀液中的分散性达到最优;在各个用量时对比,CTAB对镀液中微粒的分散性均优于OP-10及十二烷基磺酸钠。优化出复合镀最佳工艺参数为:电镀液中微粒浓度为25g/l,电流密度为11A/dm2,搅拌速度为600rpm,pH值为4.5,温度为55℃;对比包覆微粒MoS2/Al2O3与MoS2微粒对镀层性能的影响,在相同的条件下,MoS2/Al2O3微粒在镀层中的沉积量均高于未包覆微粒的沉积量;MoS2微粒的镀层出现树枝状结晶,而包覆微粒MoS2/Al2O3的镀层则避免了树枝状结晶的出现,镀层表面形貌平整,厚度均匀;梯度复合镀层的结合力优于普通复合镀层,包覆微粒在镀层中的分布均匀。 对复合镀层的摩擦磨损、腐蚀性能进行了研究,并探讨了耐磨、耐蚀机理,结果表明:用PS包覆MoS2微粒的复合镀层摩擦系数低于MoS2复合镀层,而用Al2O3包覆MoS2微粒的复合镀层摩擦系数高于MOS2,镀层的摩擦系数都随着复合镀层中微粒含量的增加而降低。用扫描电镜和光学显微镜观察磨痕表面形貌,能谱分析和XPS分析磨痕成分变化,结果表明结果表明在摩擦磨痕表面形成润滑膜,对磨陶瓷球表面形成了减摩润滑转移膜。PS或Al2O3包覆微粒的镀层具有较好的耐蚀性,这是由于在相同的腐蚀介质中,复合镀层的腐蚀电位增大,而腐蚀电流减小。 结果表明:织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层比织构化表面MoS2干膜润滑和光滑表面具有更好的摩擦磨损性能,当表面织构化的微孔和微孔间距均为500μm时,织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层的摩擦系数和磨损率都达到最低,研究织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层的摩擦磨损机理。


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