Ni包FeS粉末的化学镀法制备及其喷涂层润滑性能研究

论文摘要

FeS由于优异的摩擦学性能以及低廉的成本,成为钢铁材料表面理想的润滑剂。随着热喷涂技术的发展,FeS更加广泛的应用到各种金属、非金属以及复合材料上。但热喷涂时FeS因氧化而严重烧损,为此采用化学镀技术对FeS粉末进行表面改性处理。本着方便、经济、易于清洁生产等原则,本文对传统非金属化学镀预处理工艺进行改进,采用廉价的AgNO3代替贵金属盐PdCl2作活化剂、H2PO2-代替传统的Sn2+作还原剂,在FeS粉末表面形成具有催化作用的单质Ag。以硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠等为原料,运用正交试验优化了镀液组成配比,制备了Ni包覆FeS粉末。利用OP、XRD、SEM手段对包覆粉末的形貌和成分进行了分析,结果表明合金可均匀包覆在FeS表面。以镀后增重和反应时间为评价指标分析了化学镀的主要影响因素,结果表明,合理的镀液组份和施镀工艺能在最短时间内有效提高镀后粉末增重,即沉积速度。采用超音速火焰喷涂技术,以镍包FeS粉末和商用NiCr-Cr3C2粉末为原料,在45钢表面制备了FeS涂层和FeS-Cr3C2基复合涂层,对涂层的物相组成、显微结构及相关性能进行了研究。结果表明:FeS涂层呈层片状,表层较疏松,涂层与基体为机械结合;涂层中存在六方FeS,分解产物Fe1-xS和氧化物。在FeS-Cr3C2基复合涂层中,随着FeS含量的增加,复合涂层组织中的黑色相含量增加,层状结构明显,均匀性增强,孔隙率略有增大,结合强度呈先升高后降低的趋势。在干摩擦条件下,FeS涂层和FeS-Cr3C2基复合涂层的摩擦系数和磨损率均低于45钢,表明两类涂层均具有自润滑功能。在FeS-Cr3C2基复合涂层中,随FeS含量的增加,复合涂层的摩擦学性能呈“抛物线型”变化,当FeS含量为35%时,复合涂层的摩擦学性能最优。涂层磨损过程分为跑和和稳定两个阶段,跑和阶段以“塌陷”破坏为主,稳定阶段以剪切破坏为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 FeS 材料的性能及应用
• 1.2.1 FeS 基本结构
• 1.2.2 FeS 材料的基本性能
• 1.2.3 FeS 材料的应用
• 1.3 固体自润滑技术概述
• 1.3.1 固体自润滑材料研究现状
• 1.3.2 固体自润滑涂层制备方法
• 1.4 超音速火焰（HVOF）喷涂技术概述
• 1.4.1 热喷涂技术概况
• 1.4.2 HVOF 喷涂技术的发展
• 1.4.3 HVOF 喷涂的原理及特点
• 1.4.4 涂层与基材的结合机理
• 1.5 粉体表面处理改性方法
• 1.6 化学镀
• 1.6.1 化学镀概述
• 1.6.2 化学镀镍及其合金发展应用
• 1.6.3 粉体化学镀及其特点
• 1.6.4 非金属粉体化学镀
• 1.6.5 非金属粉体化学镀研究现状
• 1.7 本文的研究内容
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 技术路线
• 第二章 Ni 包覆 FeS 粉末的制备
• 2.1 引言
• 2.2 试验原料及设备
• 2.2.1 试验原料与药品
• 2.2.2 主要试验设备
• 2.3 粉体预处理
• 2.3.1 原始粉体
• 2.3.2 镀前预处理
• 2.3.3 改进的预处理工艺机理研究
• 2.4 粉体化学镀
• 2.4.1 镀液的组成与配置
• 2.4.2 粉体化学镀
• 2.5 粉体镀后处理
• 2.6 增重及沉积速度的测定
• 2.7 正交试验设计
• 2.8 化学镀后的粉体测试
• 2.8.1 剖面金相观测
• 2.8.2 X 射线衍射测试
• 2.8.3 扫描电镜测试
• 2.9 本章小结
• 第三章 镀液性质对 FeS 粉末化学镀影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 镀液组成成份对反应时间和粉体增重的影响
• 3.2.1 硫酸镍浓度的影响
• 3.2.2 次亚磷酸钠浓度的影响
• 3.2.3 柠檬酸钠浓度的影响
• 3.2.4 稳定剂浓度对镀速的影响
• 3.3 施镀工艺对反应时间和粉末增重的影响
• 3.3.1 镀液PH 值的影响
• 3.3.2 施镀温度的影响
• 3.4 本章小节
• 第四章 FeS 涂层的制备及组织性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 涂层的制备
• 4.2.1 试验用材料
• 4.2.2 试样表面预处理
• 4.2.3 涂层的制备方法
• 4.3 涂层微观组织和相组织分析方法
• 4.4 涂层性能测试方法
• 4.4.1 涂层孔隙率测定
• 4.4.2 涂层结合强度测定
• 4.4.3 涂层摩擦磨损性能测试
• 第五章 HVOF 喷涂 FeS 涂层的润滑性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 FeS 涂层的制备
• 5.3 涂层的显微结构表征
• 5.3.1 涂层物相组成分析
• 5.3.2 涂层组织结构分析
• 5.4 FeS 涂层显微结构形成机制分析
• 5.4.1 FeS 涂层形成过程及显微结构影响因素
• 5.4.2 FeS 涂层显微结构形成机制
• 5.5 涂层的摩擦磨损性能
• 5.6 本章小结
• 3C₂-NiCr 涂层摩擦学性能的影响'>第六章 FeS 添加剂对 Cr₃C₂-NiCr 涂层摩擦学性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 复合涂层的制备
• 6.3 复合涂层的显微结构表征
• 6.3.1 涂层显微组织分析
• 6.3.2 涂层显微组织结构特点
• 6.4 复合涂层结合强度分析
• 6.4.1 涂层结合机理
• 6.4.2 涂层结合强度影响因素
• 6.4.3 不同FeS 含量涂层结合强度
• 6.5 复合涂层的滑动磨损性能
• 6.5.1 大跨度FeS 含量复合涂层滑动磨损性能
• 6.5.2 小跨度FeS 含量复合涂层滑动磨损性能
• 6.5.3 干摩擦下复合涂层磨损表面分析
• 6.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢