纳米h-BN/Ni基涂层制备及界面相容性研究

论文摘要

高温固体润滑是亟需解决的极端工况下的润滑问题。h-BN（六方氮化硼）作为一种优良的高温润滑剂,是制备金属自润滑涂层的一种理想的备选材料。本研究利用化学镀镍法制备镍包覆纳米h-BN,分别采用激光熔覆技术和HVOF喷涂技术制备纳米h-BN/Ni基复合涂层自润滑涂层,对比了镀镍前后涂层的成型型性、组织结构和摩擦磨损性能。探讨了镀镍包覆纳米h-BN改善相容性的机理。使用HRTEM、SEM（+EDX）、XRD等现代分析手段对试验结果进行分析测试。通过比较选择了适合用于改善平均粒径为80nm的h-BN粉末的化学镀镍体系:硫酸镍作氧化剂,肼作还原剂,氨作配合剂,十二烷基磺酸钠（SDS）作分散剂。采用单因素条件试验和正交试验获得化学镀镍包覆纳米h-BN粉末的最佳施镀条件。XRD分析最佳施镀条件下的镀镍纳米h-BN复合粉末（h-BN（Ni））为几乎不含杂质相的纯镍与h-BN混合物。使用HRTEM观察,发现镍以纳米级状态存在且与h-BN颗粒包覆紧密。优化激光熔覆工艺后制备熔覆涂层,熔覆涂层微观组织主要是,在镍的基体上分布着CrB2、CrB等增强相。h-BN的加入细化了涂层组织。h-BN（Ni）体系与相同含量h-BN的h-BN体系相比,进一步细化晶粒,降低涂层硬度。利用界面结合原理,建立模型,解释了镍包覆h-BN改善相容性的机理。将复合粉末体系进行球磨、造粒和烧结后获得具有一定强度的喷涂前驱体颗粒。XRD结果显示,存在h-BN。使用HVOF喷涂制备涂层,涂层粒子呈扁平状咬合层叠。与镀镍前粉末涂层对比结果如下:h-BN（Ni）涂层厚度均匀,溅射少,沉积率高,涂层界面结合更紧密;涂层内存在较多自润滑相h-BN和耐磨相如碳化物、硼化物等。对激光熔覆涂层进行摩擦磨损试验,常温下,同种熔覆工艺下镍包覆体系摩擦系数比未包覆体系低0.1,h-BN（Ni）的加入使摩擦系数比Ni45涂层降低了近0.2。磨损速率随着h-BN的加入而急剧减小。h-BN（Ni）的加入进一步降低磨损速率。400℃镀镍后涂层摩擦系数比镀镍前降低0.05。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 h-BN 固体自润滑相的特性和应用现状
• 1.2 h-BN 自润滑涂层的复合制备技术
• 1.3 h-BN 自润滑涂层复合中的界面问题
• 1.4 课题的提出及主要研究内容
• 2 纳米h-BN 的镀镍包覆技术
• 2.1 镀液体系选择及反应原理
• 2.2 化学镀镍试验
• 2.3 镀镍包覆结果分析
• 2.4 本章小结
• 3 激光熔覆制备纳米h-BN/Ni45 自润滑涂层的研究
• 3.1 激光熔覆粉末材料体系选择
• 3.2 激光熔覆工艺研究
• 3.3 激光熔覆层表面形貌以及形成机制
• 3.4 熔覆层组织结构分析
• 3.5 熔覆层显微硬度分析
• 3.6 纳米h-BN 在镍基涂层中的相容性分析
• 3.7 本章小结
• 4 超音速喷涂复合纳米h-BN/Ni45 自润滑涂层的研究
• 4.1 喷涂前驱体粉末的混料与造粒工艺
• 4.2 复合涂层的超音速制备工艺研究
• 4.3 复合涂层宏观质量、组织结构分析
• 4.4 超音速复合纳米h-BN 涂层的形成机制分析
• 4.5 本章小结
• 5 纳米h-BN 自润滑涂层摩擦磨损特性研究
• 5.1 摩擦磨损测试设备与方法
• 5.2 激光熔覆复合涂层摩擦磨损性能测试结果
• 5.3 摩擦磨损特性影响因素和形成规律分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文