论文摘要
活塞环是船用柴油机、汽车发动机上的关键零部件,处于高温、高压、交变机械热负荷下工作,要求有较好的热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性,提高活塞环使用寿命一直是材料科学工作者的研究重点。本文采用电沉积方法制备非晶态Cr-C合金镀层,对非晶态超硬Cr镀层的制备工艺和性能进行研究。分别采用六价铬镀液和三价铬镀液制备非晶态Cr镀层,着重探讨六价铬制备体系中酒石酸添加剂、电流密度、pH值及沉积时间对镀层结构、组织、硬度及厚度的影响。结果表明：酒石酸加入量为40g/L,电流密度为20～30A/dm2,pH=2.0时,可得到组织和硬度性能良好的非晶态Cr-C合金镀层,镀层组织致密、无裂纹,含C量为2.67%,硬度为997HV0.025,厚度可达16μm,打磨重复施镀厚度超过20μm；以氯化铬CrCl3·6H2O为主盐的三价铬镀液,在Dk=25A/dm2, pH= 2.0时,可获得组织较好非晶态Cr-C镀层,厚度为7μm左右,重复施镀增厚困难,硬度为875.6HV0.025,镀液稳定性较差,实验结果重现率不高。与普通晶态Cr镀层相比,非晶态Cr-C合金镀层具备更优良的性能。划痕实验结果显示,非晶态Cr-C镀层的临界载荷大于晶态Cr镀层,仅由少量镀层脱落,表明非晶态Cr-C镀层结合力更强；摩擦磨损实验结果显示,相同条件下非晶态Cr-C镀层的摩擦系数和磨损量均明显低于晶态Cr镀层,表明非晶态Cr-C镀层有更优良的耐磨性能,是由于非晶态Cr-C镀层高硬度及原子移动无取向性所致；电化学实验结果显示,在lmol/LH2SO4和NaCl溶液中,非晶态Cr-C镀层的腐蚀电位均较晶态Cr镀层正移,在NaCl溶液中的阻抗谱容抗弧明显增大,表明非晶态Cr-C镀层耐腐蚀性能好于晶态Cr镀层,非晶态镀层结构和成分均匀,抑制了腐蚀原电池的形成,从而提高了耐腐蚀性。随着温度的升高,非晶态Cr-C镀层发生晶化转变。在晶化过程中,由于微晶强化和Cr7C3、Cr23C6化合物析出弥散强化作用,非晶态Cr-C镀层硬度逐渐增大,600℃左右达到峰值1610HV0.025,高于600℃时,由于晶粒粗化、Cr7C3、Cr23C6硬质化合物分散度下降,镀层硬度降低。