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钢丝圈表面耐磨耐蚀涂层的理论与试验研究

2020-12-02阅读(1010)

钢丝圈表面耐磨耐蚀涂层的理论与试验研究

论文摘要

钢丝圈作为纺纱机上的高速旋转的关键部件,其表面性能一直倍受人们的关注。现行的表面处理方法主要是电镀镍钴,但对环境有很大的污染。本文以其表面涂层的应用及改进为基本出发点,寻求取代电镀的新的涂层和工艺。选择了粘结性聚四氟乙烯（PTFE）复合涂层、化学镀镍磷（Ni-P）合金涂层和类金刚石（DLC）涂层为主要研究对象,对各个涂层在不同的工况下的摩擦磨损性能进行了系统的研究,探讨了涂层的耐磨耐蚀性能及其机理。实验结果表明:（1）PTFE涂层有相对较低和较稳定的摩擦系数,适用于低速高载的场合,涂层的耐蚀性能良好。（2）镍磷镀层在60N或更高载荷下摩擦磨损中涂层会发生片状脱落,但在低载荷情况下使用良好。（3）DLC涂层的摩擦系数随着速度的增大而降低,在磨损过后表面只表现出轻微的划伤,有很好的抗磨性能。在腐蚀失重实验中,失重率低,耐蚀性能好。在实验基础上研究了涂层的耐磨耐蚀机理:（1）PTFE复合涂层能在对偶面上形成相对稳定的转移膜,PTFE与树脂等填料有很好的协同作用,磨损方式主要为磨粒磨损和粘着磨损。（2）高载荷下镍磷镀层因循环应力作用晶界变成涂层的薄弱环节,发生开裂。NaCl腐蚀介质中,涂层表面能迅速钝化,形成良好的保护膜。（3）高速滑动中,DLC涂层在摩擦过程中产生的瞬时高温下,亚稳态的无定型碳打破能量壁垒转化为稳定的石墨,对涂层起到了润滑的作用,有效降低了摩擦系数和磨损量。涂层有一定的厚度且为非晶态结构,有良好的耐蚀性。综合摩擦系数、磨损量、耐蚀性能、成本和环保等因素,化学镀镍磷和DLC涂层可用于改善钢丝圈表面性能。从经济的角度考虑,镍磷涂层有着很高的性价比;从环境保护的角度来说,DLC涂层将是最佳的选择。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 课题的研究背景及其意义
  • 1.3 相关涂层技术的原理和特点
  • 1.3.1 粘结性PTFE 复合薄膜技术
  • 1.3.2 化学镀镍磷技术
  • 1.3.3 类金刚石涂层技术
  • 1.4 耐磨耐蚀涂层的基础理论研究
  • 1.4.1 摩擦
  • 1.4.2 磨损
  • 1.4.3 腐蚀
  • 1.4.4 耐磨耐蚀涂层的研究现状
  • 1.5 课题的主要研究内容
  • 第二章 钢丝圈试验涂层的选择
  • 2.1 国内现行钢丝圈表面处理方法
  • 2.2 国外钢丝圈表面处理方法
  • 2.3 试验涂层的选择及其依据
  • 2.3.1 对现有钢丝圈技术的分析
  • 2.3.2 最终用于试验涂层的选择及其原因
  • 第三章 粘结性PTFE 复合膜的制备和性能研究
  • 3.1 试验试样的制备
  • 3.2 涂层性能的测试
  • 3.2.1 涂层表面粗糙度和涂层厚度的测定
  • 3.2.2 涂层硬度的测量
  • 3.3 涂层的摩擦磨损实验
  • 3.3.1 载荷与速度对摩擦性能的影响
  • 3.3.2 载荷与速度对涂层磨损的影响
  • 3.3.3 粘结PTFE 固体复合涂层摩擦磨损机理分析
  • 3.4 涂层耐蚀性能实验验和耐蚀机理分析
  • 3.4.1 电化学实验
  • 3.4.2 耐蚀机理分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 化学镍磷镀层的制备及其性能研究
  • 4.1 化学镍磷镀层的制备
  • 4.2 镀层性能的测试
  • 4.2.1 镀层表面粗糙度和涂层厚度的测定
  • 4.2.2 镀层硬度的测量
  • 4.2.3 镀层含磷量及孔隙率的测量
  • 4.3 化学镀镍磷合金镀层摩擦磨损实验
  • 4.3.1 载荷与速度对摩擦性能的影响
  • 4.3.2 载荷与速度对涂层磨损的影响
  • 4.3.3 摩擦副表面形貌分析
  • 4.3.4 化学镍磷镀层摩擦磨损机理分析
  • 4.4 涂层耐蚀性能实验和耐蚀机理分析
  • 4.4.1 电化学实验
  • 4.4.2 涂层的腐蚀失重实验
  • 4.4.3 涂层耐蚀机理分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 类金刚石涂层的制备及其性能研究
  • 5.1 试验试样的制备
  • 5.2 涂层表面形貌的观测及分析
  • 5.3 涂层显微硬度分析
  • 5.4 涂层的付氏红外光谱分析
  • 5.5 DLC 涂层摩擦磨损实验
  • 5.5.1 载荷与速度对摩擦性能的影响
  • 5.5.2 载荷与速度对涂层磨损的影响
  • 5.5.3 摩擦副表面形貌分析
  • 5.5.4 类金刚石涂层摩擦磨损机理分析
  • 5.6 涂层耐蚀性能的实验和耐蚀机理分析
  • 5.6.1 涂层的电化学实验
  • 5.6.2 涂层的腐蚀失重实验
  • 5.6.3 涂层耐蚀机理的分析
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 三种涂层性能的综合比较和评价
  • 6.1 涂层基本性能的比较
  • 6.1.1 涂层摩擦系数和磨损率的比较分析
  • 6.1.2 三种涂层的耐蚀性能分析
  • 6.2 涂层成本的对比分析
  • 6.3 涂层工艺环保性能的比较分析
  • 6.4 DLC 涂层和国外先进工艺的比较分析
  • 6.5 综合考虑和比较结果
  • 第七章 结论和展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

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