石墨烯减摩抗磨涂层技术研究现状

石墨烯特殊的晶体结构决定了其优异的物理、化学性能,在机械零件减摩抗磨领域具有非常重要的应用前景。首先简要介绍了石墨烯的结构特征、物理性能及分散改性方法,指出目前的分散改性方法以物理分散法和化学分散法为主,但分别存在分散效率低和可能引入缺陷的局限性。然后,概述了石墨烯的微观和宏观减摩机理,分别为面外褶皱机理和类石墨的层间滑移机理。此外石墨烯优良的耐蚀性也有助于提升其在腐蚀工况下的减摩抗磨性能。在此基础上,重点对各类石墨烯减摩抗磨涂层制备方法进行了详细介绍,主要有分散滴涂法、化学气相沉积法、电沉积法等,分析讨论了不同制备方法的优缺点,由于电沉积法工艺简单且可控性好,是极具发展潜力的石墨烯涂层制备方法。最后,针对石墨烯减摩抗磨涂层制备和应用中的问题,对石墨烯减摩抗磨涂层设计-制备-应用方向进行了展望,提出了应重点从提升石墨烯分散稳定性、经济适用性、生产标准化、严苛工况适应性四个方面着手大力开展研究。

n-Al_2O_3/Ni-Co纳米复合电刷镀层表面形貌的分形维数研究

采用电刷镀技术,在45钢上获得了n-Al2O3/Ni–Co纳米复合电刷镀层。研究了镀液中纳米颗粒加入量对镀层的表面形貌和显微硬度的影响,并利用盒维数的计算方法,计算了表面形貌的分形维数,初步建立了表面形貌的分形维数与镀层显微硬度之间的关系。对比分析表明:随着镀液中纳米颗粒含量的增加,镀层表面形貌的分形维数先减小后增大,镀层的显微硬度则先增大后减小,但都在镀液中纳米颗粒加入量为20g/L时达到最值,即镀层表面形貌的分形维数与其显微硬度有负相关的对应关系。

火箭橇滑块摩擦磨损失效机理及形貌特征分析

目的为火箭橇滑块的表面磨损及其失效分析提供参考。方法选取火箭橇试验后的铜合金滑块为研究对象,采用电子显微镜、能谱仪、三维形貌仪和X射线衍射分析仪对摩擦磨损表面进行观察,并借助维氏硬度计和金相显微镜测试截面硬度及其组织结构变化。结果通过电子显微镜与能谱仪分析发现,试验后,滑块的表面存在沿摩擦方向的划痕、脱落颗粒、点蚀坑和粘着点,磨损形式有磨粒磨损和粘着磨损,对磨件上Fe等元素向滑块转移。由三维形貌分析可知,滑块表面出现很深的平行犁沟、撕裂状的表面、不规则裂纹和塑性堆积层。由X射线衍射分析可知,滑块表面形成了新的物相组织。通过维氏硬度计和金相显微镜分析滑块截面发现,由于加工硬化,沿表面至深度2.5 mm,硬度由129HV降低到95HV,降低约26%,且组织结构也随之发生变化。结论分析认为,干摩擦过程中火箭橇滑块表面聚集大量热能,导致温度沿截面呈明显梯度变化,因而引起组织结构随之变化,进而出现磨粒磨损和粘着磨损两种典型现象。加工硬化引起表面塑性降低,硬度沿截面方向呈梯度变化。

电刷镀n-Al_2O_3/Ni-Co镀层组织与性能的研究

针对镀硬铬中污染环境和危害人体健康的六价铬,为实现清洁生产,改善生态环境,开展了电刷镀n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层的研究。测试了纳米微粒的质量浓度对n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层表面形貌和硬度的影响;并对比了n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层和硬铬镀层的硬度、耐磨性能和抗高温氧化性能;利用XRD测定了n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层的结构和晶粒尺寸。研究结果表明:纳米微粒的质量浓度为20 g/L时,镀层具有最优的表面形貌和硬度;室温条件下,n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层的硬度和耐磨性能都明显优于硬铬镀层的;高温条件下,n-Al2O3/Ni-Co纳米复合镀层的抗高温氧化性能与硬铬镀层的相当。

替代硬铬的镀钴合金及其复合镀层的研究现状及展望

六价硬铬电镀工艺严重污染环境,以电沉积钴基合金及其复合镀替代硬铬具有较广的应用前途。综述了电沉积钴基合金及其复合镀层的研究现状,指出非晶钴合金、钴合金纳米复合镀及稀土钴合金在今后的发展中将有更广阔的应用前景。

镍-钴-纳米氧化铝复合电刷镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为

采用电刷镀技术在45钢上制备了Ni–Co–纳米Al2O3复合镀层,镀液组成和工艺条件为:NiSO4·7H2O100~125g/L,CoSO4·7H2O50g/L,NiCl2·6H2O40g/L,HCOOH18g/L,CH3COOH48g/L,盐酸150g/L,硫酸肼0.1g/L,纳米Al2O320g/L,正接,电压10~12V,镀笔速率5~8m/min,时间30min。通过塔菲尔曲线测试、电化学阻抗谱分析和浸泡腐蚀试验对比了电刷镀Ni–Co合金镀层、Ni–Co–纳米Al2O3复合镀层和挂镀硬铬层在5%NaCl溶液中的耐蚀性。结果表明,Ni–Co–纳米Al2O3复合镀层表面平整、均匀、致密,纳米Al2O3均匀分布,耐蚀性优于Ni–Co合金镀层和硬铬镀层,有望取代硬铬镀层在中性腐蚀环境中的应用。

纳米Al_2O_3颗粒在电刷镀液中的状态及对共沉积的影响

利用高能机械球磨法制备Ni-Co基纳米Al_2O_3复合电刷镀液,分析纳米颗粒在镀液中的存在状态和对镀液电化学响应的影响;采用粒径分析仪和红外光谱仪测试镀液中纳米颗粒的粒径分布和吸附特性,利用电化学工作站测试纳米复合镀液的阴极极化曲线和循环伏安响应。结果表明:镀液中纳米颗粒的粒径分布在100 nm左右,纳米颗粒表面吸附多种带电离子和官能团,表面电位为负,使镀液的极化负移和响应电流降低,纳米颗粒的以上特征有利于纳米颗粒和镍钴合金的共沉积。

代替镀硬铬电镀层的研究现状

传统镀硬铬技术存在环境污染问题及镀铬层的性能缺陷。电沉积合金及其复合镀是比较有前途的代硬铬工艺。本文综述了近年来代替镀硬铬电镀层的研究进展。重点探讨了非晶电镀、复合电镀和合金电镀代替硬铬电镀层的研究现状,结果显示以上镀层无论在使用性能还是在环境保护方面均优于硬铬镀层。

电刷镀n-Al_2O_3/Ni-Co纳米复合镀层的制备及摩擦学性能

为替代在摩擦条件下应用的硬铬镀层,制备了n-Al2O3/Ni-Co合金纳米复合电刷镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和摩擦磨损试验(CETR)研究了镀层的表面形貌、纳米颗粒分布和摩擦学性能,并与硬铬镀层对比。结果表明:合金纳米复合电刷镀层表面光亮平整,纳米颗粒弥散分布在镀层组织中,与基质金属结合紧密,含量为1.91%(质量分数),能起到明显的强化作用;纳米复合电刷镀层的硬度提高到960HV0.5 N,超过了硬铬镀层的;合金纳米复合镀层的摩擦系数小于硬铬镀层,磨痕深度低于硬铬镀层,即纳米颗粒在合金纳米复合镀层中的共沉积使镀层的摩擦学性能提高,达到了替代硬铬镀层使用的摩擦学性能要求。

电流密度对镍镀层结构和性能的影响

采用阴极移动电镀技术在电流密度为1～13A/dm2时制备镍镀层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线应力衍射仪以及硬度计等手段,研究电流密度对镍镀层的表面形貌、结晶取向、孔隙率、内应力和硬度的影响。结果表明:镍镀层的织构和性能随电流密度的变化而改变。当电流密度低于7A/dm2时,镀层表面球形颗粒较为粗大、孔隙率较高,在为4A/dm2时,镀层具有最低的拉应力约110 MPa;当电流密度为7A/dm2时,镀层表面球形颗粒均匀细小,具有最小的表面粗糙度Ra 0.69μm,最小的孔隙率0.08个/cm2以及最高的硬度330HV0.1;当电流密度大于7A/dm2时,镀层的表面粗糙度增加,择优取向由(200)晶面向(220)晶面发生转变,电流密度达到13A/dm2时,(220)晶面的织构系数达到了85.4%。

面向装备再制造的纳米复合电刷镀技术的新发展

纳米复合电刷镀技术是一项先进的装备再制造工程技术。近年来,其技术基础研究不断深入、应用领域不断拓展。适应再制造产业化的发展,文中在前期研究成果的基础上,介绍了近几年在双纳米材料复合电刷镀、替代硬铬纳米复合合金电刷镀和自动化纳米电刷镀等方面的研究与应用。

自动化电刷镀技术在发动机缸体再制造中的应用

针对发动机缸体等深孔类零件批量化再制造的难题,采用新型内孔电刷镀技术,开发了自动化电刷镀设备。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和显微硬度计对镍镀层的表面形貌、结合强度和硬度进行了表征。结果表明,与手工电刷镀制备的镍镀层相比,应用自动化内孔电刷镀技术制备的镍镀层组织更均匀、致密,镀层结合力好,硬度更高。目前,该技术已成功应用于发动机缸体再制造,所得镀层质量稳定可靠、生产效率大幅度提高。

电流密度对柔性摩擦辅助电沉积镍镀层质量的影响

为提高镀层沉积速度和沉积质量，采用新型的柔性摩擦辅助电沉积技术在不同的电流密度下制备了镍镀层。利用SEM、XRD、X射线应力衍射仪以及硬度计等手段对镍镀层的组织结构和性能进行了表征。结果表明：电流密度对柔性摩擦辅助电沉积镍镀层的质量具有重要影响。在1~13 A/dm2的电流密度范围内，随着电流密度的增大，柔性介质的摩擦整平作用逐渐减弱，镀层的择优取向发生了（111）晶面向（200）晶面的过渡转变；当电流密度达到13 A/dm2时，镍镀层出现了（200）和（220）晶面的双择优取向，但择优取向程度不大；电流密度为10 A/dm2时，柔性摩擦辅助电沉积镍镀层具有最低的拉应力，为150 MPa左右，最小的表面粗糙度为Ra=0.48μm，最小的孔隙率为0.08 cm-2，最高的硬度为385 HV。

相对运动速度对电刷镀镍镀层组织结构和性能的影响

采用新型的内孔电刷镀技术对失效的发动机缸套内表面进行了再制造。利用SEM,XRD,TEM,显微硬度计和CETR显微磨损试验机,考察了不同相对运动速度下电刷镀镍镀层的组织结构和性能,并与传统电镀Watts Ni进行了对比。结果表明:镍镀层均为面心立方结构,但电镀Watts Ni镀层表面粗糙,择优取向为(200)面,而应用电刷镀制备的镍镀层表面平整致密,无针孔、麻点等缺陷,择优取向为(111)面。随着相对运动速度从0.25m/s增加到1.00m/s,电刷镀层的(200)面择优取向逐渐降低,而(111)面择优取向逐渐增大;镀层的硬度由HV420增大到HV600,镀层的磨损失重由8.7mg降低到6mg。

环氧树脂表面化学镀镍层制备及结合力评价

采用化学镀的方法在环氧树脂表面制备镍镀层。观察了镀层表面和横截面形貌,研究了温度对镀层的表面形貌、沉积速率和结合力的影响,以及镀液pH值对镀层质量和沉积速率的影响,并对镀层与基体的结合力进行了评价。结果表明,环氧树脂化学镀镍的沉积速率随温度的升高而增大,但温度不宜太高,温度太高会增大镀层内部应力,降低镀层结合力。最佳施镀温度为35℃,镀液的最佳pH值为10,制备的镀层表面平整、均匀致密,镀层沉积速率为12μm/h,镀层与基体的结合力可达22.06 N。

电流密度对自动化电刷镀Ni镀层组织结构和性能的影响

为提高电沉积镀层质量和自动化程度,开发了新型的自动化电刷镀技术。利用扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线应力测试仪、数显显微硬度计和显微磨损试验机考察了不同电流密度下制备的电刷镀Ni镀层的组织结构和性能,并与电镀Watts Ni对比。结果表明,应用电刷镀制备的镍镀层组织平整致密,无针孔、麻点等缺陷;随着电流密度从4A/dm2增加到16A/dm2,电刷镀Ni镀层的(111)面择优取向逐渐降低,(200)面择优取向逐渐增加,镀层的晶粒尺寸和应力逐渐增大,硬度约在500～600HV之间波动,镀层磨损失重由6.8mg降低到5.2mg。

Thermal stability of electrodeposited nanocrystalline nickel assisted by flexible friction

Nanocrystalline nickel coating was prepared by flexible friction assisted electrodeposition technology in an additive-free Watts bath.The coating consists of massive equiaxial crystals with an average grain size of about 24 nm and exhibits a（111） preferred orientation.The differential scanning calorimetry（DSC） analysis of nanocrystalline nickel demonstrates that the peak temperature of rapid grain growth is about 285.4 °C,and the peak temperature of grain growth towards equilibrium is around 431.5 °C.The isochronous annealing results reveal that abnormal grain growth behavior is not observed in nanocrystalline nickel without sulfur-containing.The thermal stability of the deposition was improved due to its initial microstructure of the as-deposited nickel and a certain amount of annealing nano-twins with low-energy,which reduces the driving force for grain growth.Consequently,the coating shows a low residual tensile stress of about 50 MPa and a high microhardness of HV 400 at the annealing temperature of 450 °C.

铝合金的实验室盐雾试验腐蚀行为图像特征提取

目的提取铝合金材料在盐雾箱试验中可以表征腐蚀程度的表面形貌图像特征量。方法首先,对采集于表面化学清洗过的试样原始图像进行图像增强等预处理,突出腐蚀部位;其次,基于数字图像处理的分形和小波分解方法提取出分形维数和小波能量特征值。结果与以质量损失量为基础的腐蚀深度特征值进行相关性对比,基于图像分析的特征提取法的准确度和精度比较高。结论该方法可以应用于对试样的腐蚀程度进行定性和定量分析,判断并预测试样的腐蚀速度。

柔性摩擦辅助电镀致密铬镀层的工艺研究

采用柔性摩擦辅助电镀铬技术制备了铬镀层，以解决飞机起落架缓冲器活塞杆硬铬镀层气密性差的问题。镀液组成为：CrO3 220-300g/L，H2SO4 2．2-3．0g／L，Cr^3＋2．5-7．5g/L，添加剂HF-046-8mL／L。通过观察不同工艺条件下所得铬镀层的表面形貌，研究了工件转速、温度和电流密度对柔性摩擦辅助电镀铬层性能的影响。最优温度、工件转速和电流密度分别为65℃、20r／min和40A／dm^2。在最优条件下所得硬铬镀层几乎没有裂纹，表面平整、致密，显微硬度约为850HV，气密性合格。

电刷镀Ni-石墨烯复合镀层的组织结构及性能

利用电刷镀技术在45钢表面制备出Ni-石墨烯(Ni-GE)复合镀层。采用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Raman光谱仪、X射线衍射仪(XRD)对GE片层、复合镀层内部的GE、镀层的晶粒大小以及微观形貌进行表征,采用显微硬度计对镀层的硬度进行研究。结果表明:Ni-GE复合镀层中的石墨烯以3种形式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)存在;相比于纯Ni镀层,Ni-GE复合镀层的晶粒尺寸均减小;当GE的添加量为0.5g/L时,Ni-GE复合镀层的质量最优;由于GE自身的高硬度及其细晶强化作用,Ni-石墨烯复合镀层的硬度相对于纯Ni镀层提高了15.2%。