论文部分内容阅读
低锡铜锡合金具有抛光性好、孔隙率低、耐蚀性好的优点,因此在电沉积耐磨减摩复合镀层中常被用作基质金属。铜锡基石墨复合镀层是优良的自润滑材料,其制备方法通常是将石墨以粉末形式加入到镀液中进行电沉积。本文将石墨以溶胶形式加入到镀液中进行脉冲电沉积,不仅得到了纳米级别的石墨微粒,更是克服了石墨粉末存在的润湿性差、分散难等缺点,并对Cu-Sn-石墨复合镀层的沉积机理、沉积速率、组织成分、表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性、摩擦学性能及磨损机理进行了研究分析,以得到耐磨减摩性能优异的复合镀层。本文首先通过电解石墨板的方法获得石墨溶胶,由透射电镜(TEM)测试分析后得出,溶胶粒径大小主要集中在10～20nm之间,微粒在溶胶和镀液中分散均匀,无明显团聚现象。将石墨以溶胶形式加入到焦磷酸盐-锡酸盐镀液中,并采用脉冲电沉积方法制备Cu-Sn-石墨复合镀层。分析SEM电镜图和EDS能谱可知,石墨溶胶的加入提高了Cu-Sn合金镀层表面质量,可得到表面平整、致密性好、无明显针孔和麻点的镀层,同时其含碳量可达5.22%。显微硬度研究结果表明石墨溶胶复合镀层的硬度值要低于Cu-Sn合金,当溶胶添加量为110mL/L,电流密度为2.0A/dm2时,镀层的硬度值可达352.85HV。复合镀层的最小腐蚀电流密度为1.675×10-5A.cm-2。同时实验制备了 Cu-Sn-石墨粉末复合镀层,并对其性能进行分析。研究结果表明石墨粉末复合镀层表面质量较差,多数试样表面均有凸起现象。复合镀层的显微硬度最大值为328.87HV,最小腐蚀电流密度为1.782×10-5A·cm2。相比于石墨粉末复合镀层,石墨溶胶复合镀层具有更为优良的表面质量、显微硬度和耐蚀性。为了进一步提高Cu-Sn-石墨复合镀层的显微硬度和耐磨性,实验将A1203溶胶加入到镀液中,采用脉冲电沉积方法制备了 Cu-Sn-石墨-A1203复合镀层。文中通过有机盐水解法获得A1203溶胶,由激光粒度仪测得溶胶粒径大小均值约为19nm,且分散均匀,易存放,稳定性好。TEM电镜图分析可知,A1203溶胶和石墨溶胶在镀液中能较好的共存,无明显团聚产生。SEM和EDS能谱分析表明,纳米A1203微粒的加入提高了复合镀层致密性,当添加量为40mL/L时,其镀层中Al元素的含量可达0.85%。纳米A1203微粒的自身物理特性和弥散强化作用,使得石墨复合镀层的显微硬度和耐蚀性得到了明显的提高,复合镀层的最大硬度值为456.15HV,其最小腐蚀电流密度为0.836×10-5A.cm-2。Cu-Sn-石墨复合镀层和Cu-Sn-石墨-A1203复合镀层的摩擦学性能研究结果表明,石墨的加入明显降低了 Cu-Sn合金的摩擦系数,在1N的压力下进行点接触干摩擦,其摩擦系数可达到0.1,但由于其显微硬度较低,所以耐磨性需要强化。分析SEM电镜图可知,石墨复合镀层的磨损机理主要为磨粒磨损,并有轻微的粘着磨损。加入A1203溶胶后,在对摩擦系数影响不大的前提下,明显提高了镀层的耐磨性,复合镀层的耐磨减摩综合性能更为优异。Cu-Sn-石墨-A1203复合镀层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损共存。