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包覆微粒润滑镀层的制备及性能研究

2020-12-07阅读(324)

包覆微粒润滑镀层的制备及性能研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 颗粒表面改性与包覆处理研究现状
  • 1.3 复合镀层的发展和研究现状
  • 1.3.1 复合镀的发展史
  • 1.3.2 自润滑复合镀层
  • 1.3.3 高耐磨复合镀层
  • 1.3.4 耐蚀性复合镀层
  • 1.3.5 梯度功能复合镀层
  • 1.3.6 多种微粒复合镀层
  • 1.3.7 沉降共沉积法复合镀层
  • 1.3.8 脉冲复合电镀的研究
  • 1.3.9 复合镀机理
  • 1.4 表面织构化的研究现状
  • 1.4.1 几种表面织构加工技术的特点
  • 1.4.2 表面织构化的实验和应用进展
  • 1.5 干膜润滑剂研究现状
  • 1.6 课题的重要意义、要解决的问题及研究主要内容
  • 1.6.1 课题研究的重要意义
  • 1.6.2 课题要解决的问题
  • 1.6.3 课题主要研究内容
  • 第二章 实验方法和装置
  • 2.1 实验总流程图及技术路线图
  • 2.2 微粒的选择及表面包覆处理
  • 2.2.1 复合微粒制备主要化学试剂
  • 2.2.2 复合微粒制备主要设备
  • 2.2.3 复合微粒表征
  • 2.3 复合镀层的制备
  • 2.3.1 基体材料及尺寸
  • 2.3.2 镀层基质金属的选择
  • 2.3.3 镀层制备的主要化学试剂
  • 2.3.4 镀层制备的主要仪器设备
  • 2.3.5 复合电镀溶液的配制
  • 2.3.6 复合镀的实验装置
  • 2.3.7 复合镀层制备的流程
  • 2.4 镀层表征及性能测试
  • 2.4.1 镀层表面形貌
  • 2.4.2 镀层中微粒的沉积量
  • 2.4.3 镀层组织分析
  • 2.4.5 镀层显微硬度
  • 2.4.6 镀层耐蚀性
  • 2.4.7 镀层结合强度
  • 2.5 表面织构化的加工和设计
  • 2.5.1 电解技术织构化的设计
  • 2.6 摩擦磨损性能测试
  • 2.6.1 球/盘式摩擦磨损试验
  • 2.6.2 环/盘式摩擦磨损试验
  • 2.6.3 试验原理
  • 2.6.4 磨损率的计算
  • 2.6.5 磨痕表面形貌的观察
  • 第三章 微粒表面包覆研究
  • 3.1 引言
  • 2的预处理'>3.2 MoS2的预处理
  • 2微粒'>3.3 氧化铝包覆MoS2微粒
  • 2/Al2O3复合微粒的制备'>3.3.1 MoS2/Al2O3复合微粒的制备
  • 3.3.2 微粒包覆工艺参数的优化
  • 2O3包覆的因素分析'>3.3.3 影响Al2O3包覆的因素分析
  • 3.3.4 包覆微粒表面观察及XRD分析
  • 3.3.5 复合微粒的XPS表征
  • 3.3.6 不同包覆量复合微粒的亲水性研究
  • 2微粒'>3.4 聚苯乙烯（PS）包覆MoS2微粒
  • 3.4.1 聚苯乙烯/二硫化钼复合微粒的制备
  • 3.4.2 影响苯乙烯包覆工艺的因素
  • 3.4.3 PS包覆微粒结果分析
  • 3.5 小结
  • 第四章 复合镀参数优化及表征
  • 4.1 引言
  • 4.2 镀液中微粒分散性能研究
  • 4.2.1 颗粒在溶液中分散性的表征方法
  • 4.2.2 分散剂对镀液中颗粒分散性的影响
  • 4.3 工艺参数优化
  • 4.3.1 镀液中的微粒浓度
  • 4.3.2 电流密度
  • 4.3.3 搅拌速度
  • 4.3.4 pH值
  • 4.3.5 温度
  • 4.4 包覆微粒对镀层的影响
  • 4.4.1 包覆微粒对镀层表面形貌的影响
  • 4.4.2 包覆微粒对镀层中微粒分布的影响
  • 4.4.3 包覆微粒对镀层相组织结构的影响
  • 2微粒及包覆后在复合镀中的沉淀模型'>4.4.4 MoS2微粒及包覆后在复合镀中的沉淀模型
  • 4.5 小结
  • 第五章 复合镀层的性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 镀层的力学性能
  • 5.2.1 镀层的结合力
  • 5.2.2 镀层的显微硬度
  • 5.3 镀层的摩擦磨损性能
  • 2O3包覆MoS2对镀层摩擦系数的影响'>5.3.1 Al2O3包覆MoS2对镀层摩擦系数的影响
  • 2O3包覆MoS2镀层的磨损性能'>5.3.2 Al2O3包覆MoS2镀层的磨损性能
  • 2O3包覆量对摩擦系数影响'>5.3.3 不同Al2O3包覆量对摩擦系数影响
  • 2O3包覆量对镀层磨损率影响'>5.3.4 不同Al2O3包覆量对镀层磨损率影响
  • 2微粒对镀层摩擦系数的影响'>5.3.5 PS包覆MoS2微粒对镀层摩擦系数的影响
  • 2镀层的磨损性能'>5.3.6 PS包覆MoS2镀层的磨损性能
  • 5.3.7 磨痕表面特征及XPS分析
  • 5.3.8 摩擦配副陶瓷球磨痕表面特征及分析
  • 5.4 镀层的耐腐蚀性能
  • 5.4.1 pH值对腐蚀影响分析
  • 2O3包覆微粒对镀层腐蚀性能的影响'>5.4.2 Al2O3包覆微粒对镀层腐蚀性能的影响
  • 2O3包覆量对腐蚀腐蚀形貌的影响'>5.4.3 不同Al2O3包覆量对腐蚀腐蚀形貌的影响
  • 5.4.4 PS包覆微粒对镀层腐蚀性能的影响
  • 5.5 小结
  • 2/Al2O3润滑镀层'>第六章 织构化表面Ag-MOS2/Al2O3润滑镀层
  • 6.1 引言
  • 6.2 织构化表面润滑镀层
  • 6.2.1 电解加工表面织构化微孔
  • 2/Al2O3润滑镀层'>6.2.2 表面织构化微孔中电沉积Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层
  • 6.2.3 表面织构化微孔中填充干膜润滑
  • 2/Al2O3润滑镀层的摩擦磨损性能'>6.3 织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层的摩擦磨损性能
  • 2/Al2O3润滑镀层的摩擦性能'>6.3.1 织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层的摩擦性能
  • 2/Al2O3润滑镀层摩擦磨损性能的影响'>6.3.2 织构化参数对织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层摩擦磨损性能的影响
  • 2/Al2O3润滑镀层与织构化MoS2干膜润滑对比研究'>6.4 织构化Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层与织构化MoS2干膜润滑对比研究
  • 2干膜润滑的摩擦性能'>6.4.1 织构化表面MoS2干膜润滑的摩擦性能
  • 6.4.2 织构化表面润滑镀层和干膜润滑的摩擦性能的对比研究
  • 6.4.4 织构化表面润滑镀层和干膜润滑磨痕成分的对比研究
  • 6.4.5 对磨面磨痕成分的对比研究
  • 2/Al2O3润滑镀层润滑膜形成原因分析'>6.4.6 织构化表面Ag-MoS2/Al2O3润滑镀层润滑膜形成原因分析
  • 6.5 小结
  • 第七章 结论
  • 7.1 主要结论
  • 7.2 创新点
  • 7.3 工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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