碳纳米管增强高耐磨复合涂层试验及性能研究

论文摘要

当今社会对机械设备、零件的耐磨性的要求越来越高,复杂的工况下材料的耐磨损性能逐渐受到重视。因此寻找一种高耐磨低摩擦系数的涂层成为了现在研究的热点。碳纳米管是一类新型碳材料,是由单层或多层石墨片卷曲而成的中空无缝管状纳米结构。由于碳纳米管的结构特性类似石墨,以及密度小、强度与硬度高的特点,因此碳纳米管将会是性能优良的润滑剂,并具有良好摩擦学性能的强化材料。本文采用碳纳米管作为增强体,对碳纳米管/钴钨涂层的制备工艺和涂层性能进行研究。在钴钨合金沉积液的基础上添加不同含量的碳纳米管,制备出碳纳米管/钴钨复合涂层,探讨了电流密度、碳纳米管的加入量对涂层组织、厚度及硬度的影响以及搅拌、温度、PH值、钴盐含量对电沉积此涂层的影响。本试验对碳纳米管采用酸处理与球磨的方法进行预处理,使得碳纳米管没有明显的团聚现象,具有较好的分散性。试验结果表明:当电流密度为4A/dm2、采用手动搅拌与空气搅拌相结合的方式,在PH值在56可获得组织和性能良好的涂层。采用QUANTA200扫描电镜对此涂层的表面形貌分析表明:复合涂层组织比较致密,几乎无微裂纹,通过金相显微镜对碳纳米管复合涂层的组织分析表明复合涂层表面晶粒细化程度明显。通过EDVX能谱分析,碳元素含量明显增高,间接说明碳纳米管被包覆在涂层中。采用MH-3型显微硬度计测定涂层硬度,结果表明:沉积液中碳纳米管加入量在2g/L,对涂层的硬度有明显的增加,但随着碳纳米管加入量的增大,涂层硬度随之下降。这些结果向我们说明适当含量的碳纳米管在复合涂层中的均匀分布对涂层起到了弥散强化。对2g/L碳纳米管复合涂层进行摩擦磨损试验,其摩擦系数明显降低,表明碳纳米管的加入能有效降低摩擦系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的目的和意义
• 1.2 耐磨涂层的发展状况
• 1.2.1 传统耐磨涂层的研究
• 1.2.2 耐磨涂层制备工艺的发展
• 1.2.3 纳米耐磨复合涂层国内外的研究
• 1.3 耐磨涂层添加碳纳米管的发展与展望
• 1.3.1 碳纳米管的发现
• 1.3.2 碳纳米管的结构特点
• 1.3.3 碳纳米管的性能特点
• 1.3.4 碳纳米管处理的研究进展
• 1.3.5 碳纳米管的复合材料的研究发展
• 1.3.6 耐磨涂层添加碳纳米管的研究发展
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 碳纳米管增强高耐磨涂层的工艺及基础涂层选择
• 2.1 制备工艺的选择
• 2.1.1 复合电沉积机理及模型
• 2.1.2 电沉积技术来制备复合涂层的特点
• 2.1.3 电沉积碳纳米管的条件
• 2.2 碳纳米管增强高耐磨涂层的基础涂层的选择
• 2.3 钴钨合金共沉积的理论基础
• 2.3.1 合金共沉积的条件
• 2.3.2 钴钨合金共沉积理论基础
• 2.3.3 钴钨-碳纳米管共沉积反应机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 碳纳米管的预先处理
• 3.1 预处理碳纳米管的重要性
• 3.2 碳纳米管的表面改性
• 3.2.1 碳纳米管的预处理
• 3.2.2 酸处理机理
• 3.3 球磨碳纳米管
• 3.4 碳纳米管预处理后结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 碳纳米管/钴钨复合涂层的制备
• 4.1 试验方法
• 4.1.1 试验材料及所需的试剂
• 4.1.2 试验仪器
• 4.1.3 电沉积设备原理图
• 4.2 沉积液的配方及其工艺条件
• 4.2.1 配置沉积液
• 4.2.2 沉积液中的成分的作用
• 4.3 基体试样的前处理
• 4.4 试验方案
• 4.5 本章小结
• 第五章 工艺参数对复合涂层的影响
• 5.1 电流密度对复合涂层的影响
• 5.1.1 电流密度对复合涂层的厚度及组织的影响
• 5.1.2 电流密度对碳纳米管钴钨涂层硬度的影响
• 5.2 碳纳米管的加入量对复合涂层的影响
• 5.2.1 碳纳米管的加入量对涂层厚度的影响
• 5.2.2 碳纳米管的加入量对涂层硬度的影响
• 5.3 钴盐含量对复合涂层的影响
• 5.4 PH 值对复合涂层的影响
• 5.5 温度对复合涂层的影响
• 5.6 搅拌对复合涂层的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 碳纳米管钴钨复合涂层的分析
• 6.1 碳纳米管钴钨复合涂层的成分分析
• 6.2 碳纳米管钴钨复合涂层的组织分析
• 6.3 碳纳米管钴钨复合涂层的SEM 分析
• 6.4 碳纳米管钴钨复合涂层摩擦磨损性能分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢