TiO2纳米粒子对Cu-Sn自润滑复合镀层性能影响的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sky_ywt
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电沉积Cu-Sn镀层因其优良的机械性能、耐腐蚀与低摩擦系数等特性而广泛地应用到各种摩擦部件之中。但铜锡合金质软,承载能力较弱,为了强化镀层硬度并进一步优化其摩擦学性能,本文主要应用纳米TiO2微粒对脉冲电沉积Cu-Sn镀层进行复合强化,并得到了具有一定承载能力、耐腐蚀性能以及耐磨减摩性能的Cu-Sn-TiO2复合镀层。  分析 Cu-Sn合金共沉积理论与纳米材料强化机理,实验配制了焦磷酸盐-锡酸盐体系的镀液,分散出粒径为50nm左右的TiO2粉末分散液,并制备了平均粒径在300nm的TiO2溶胶。通过方案优化,制备了不同频率、占空比及电流密度的Cu-Sn镀层,以及纳米TiO2粉末、溶胶强化的Cu-Sn-TiO2镀层,并对不同工艺镀层的性能做了对比分析。  实验应用SEM、EDS和XRD对镀层表面进行微观形貌和组织成分进行分析,对于镀层的显微硬度和耐腐蚀性分别通过显微硬度仪和电化学工作站进行了测试,最后在销盘式摩擦磨损试验机上测定了镀层的摩擦学性能,并且通过SEM观察镀层的磨痕形貌,分析镀层的磨损机理。  制备的复合镀层表面光滑平整,无明显缺陷。Cu-Sn镀层中Cu的含量在94%左右,且内部结晶程度较高,主要成分为Cu81Sn22、Cu40.5Sn11以及部分 Cu单质;Cu-Sn-TiO2复合镀层中的主要成分为Cu81Sn22、Cu10Sn3以及TiO2,且镀层组织结构趋于非晶化。  硬度的测试表明,Cu-Sn镀层在5000Hz时有最高硬度448HV;纳米TiO2粉末分散液中微粒团聚,镀层硬度较低;TiO2溶胶粒子分散较均匀,复合镀层的整体硬度值较高,最高可达487HV。镀层占空比为70%、脉冲频率为5000Hz时的镀层有着相对最大的腐蚀电位和最小腐蚀电流;纳米 TiO2的加入在一定程度上降低了复合镀层整体的耐腐蚀性能,不过镀液中粉末与溶胶分散液添加量分别为11.7mL/L、80mL/L时复合镀层依旧可以获得优异的耐蚀性能。  Cu-Sn镀层摩擦系数在正常工作下可保持在0.3以下,但耐磨性能较差;纳米TiO2微粒的加入使镀层的减摩性能得到进一步提高,纳米粉末微粒可使镀层摩擦系数降到0.2;纳米溶胶粒子的加入不但强化了镀层的耐磨性能,最小平均摩擦系数可达0.093;镀层在磨损时以黏着磨损为主,受 TiO2纳米颗粒的影响,复合镀层也出现了不同程度的磨粒磨损。
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