齿轮用45钢锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的性能比较

在含有聚四氟乙烯(PTFE)颗粒的磷化液中,通过共沉积在齿轮用45钢表面制备了锰系复合磷化膜,比较了锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的微观形貌、成分、膜重、结合力、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,锰系复合磷化膜中含有Mn、P、Fe、O、C和F六种元素,与锰系磷化膜相比多了F元素,证实了一定量的PTFE颗粒通过共沉积进入磷化膜中。锰系磷化膜和锰系复合磷化膜的膜重接近,均为16 g/m2左右,且锰系磷化膜和锰系复合磷化膜均与基体结合良好。与锰系磷化膜相比,锰系复合磷化膜的硬度略有提高,硬度值约为253.4 HV,耐磨性能和耐腐蚀性能都明显改善。PTFE颗粒主要填充在磷化膜晶粒间隙处,形成固体润滑膜起到减轻摩擦的作用,同时有效阻止了腐蚀溶液的渗透,故锰系复合磷化膜表现出相对较高的硬度以及更好的耐磨性能和耐腐蚀性能。

磷化温度对齿轮钢表面锰系复合磷化膜性能的影响

以齿轮钢作为基体制备锰系复合磷化膜,研究了磷化温度对锰系复合磷化膜的厚度、微观形貌、硬度和耐磨性能及与基体的结合强度的影响。结果表明:随着磷化温度从74℃升高到94℃,锰系复合磷化膜的厚度呈现先增加后降低的趋势,硬度先升高后降低,致密性和耐磨性能先提高后下降,与基体的结合强度等级先降低后升高,但是都低于2级,满足要求。磷化温度为88℃时制备的锰系复合磷化膜厚度达到11.4μm,致密性较好,且该磷化膜中PTFE颗粒的质量分数达到7.01%,硬度达到260.6 HV,因此表现出良好的耐磨性能,优于其他锰系复合磷化膜。

硝酸镧浓度对齿轮钢表面锰系复合磷化膜性能的影响

为进一步改善锰系复合磷化膜的耐磨性能和耐腐蚀性能,从而为齿轮钢提供更好的抗磨损和腐蚀防护作用,选用硝酸镧作为促进剂添加到磷化液中,在齿轮钢表面制备锰系复合磷化膜。研究了硝酸镧浓度对锰系复合磷化膜的微观形貌、聚四氟乙烯(PTFE)颗粒质量分数、厚度、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:硝酸镧浓度为60 mg/L时制备的锰系复合磷化膜晶粒细化,致密性较好,PTFE颗粒质量分数、厚度和硬度分别达到6.2%、11.8μm、310.4 HV,表现出优良的耐磨性能和耐腐蚀性能。该锰系复合磷化膜的摩擦系数和磨损失重相比于齿轮钢都降低了30%,腐蚀电流密度相比于齿轮钢降低了近两个数量级,可以为齿轮钢提供更好的抗磨损和腐蚀防护作用。在一定范围内硝酸镧浓度增加促使锰系复合磷化膜的晶粒细化,致密性逐步改善,同时促进PTFE颗粒伴随着磷化膜沉积起到自润滑减摩作用,有效地改善锰系复合磷化膜的耐磨性能。另外,PTFE颗粒伴随着磷化膜沉积较好地填充晶粒间空隙,使锰系复合磷化膜发生电化学腐蚀反应的难度增加,腐蚀倾向减弱。

PTFE颗粒对齿轮钢锰系复合磷化膜性能的影响

以齿轮钢作基体制备锰系复合磷化膜,研究磷化液中PTFE颗粒质量浓度对磷化膜的微观形貌、耐蚀性、耐磨性及PTFE颗粒质量分数的影响。结果表明:PTFE颗粒起物理填充作用,对磷化膜的晶粒形态、尺寸及结合状态无影响。随PTFE颗粒质量浓度从0.015 kg/L增至0.09 kg/L,锰系复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数先升后降,耐蚀性和耐磨性均明显提高而后下降。当PTFE颗粒的质量浓度为0.06 kg/L时,复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数最高,达9.24%,大量PTFE颗粒弥散分布在晶粒表面和晶粒间隙,可有效阻挡腐蚀介质侵蚀,在摩擦界面形成一层固体润滑膜,起较好减摩作用。该锰系复合磷化膜更适合作表面改性层,大幅度提高齿轮钢制件表面的耐蚀性和耐磨性。