專利名稱：自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，特別是一種自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，屬于化學(xué)鍍技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長期以來，化學(xué)鍍以及化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)因操作簡便、成本低廉得到了越來越廣泛的應(yīng)用。通過上述工藝所獲得的Ni-P-X(X為SiC、Al2O3、Si3N4等硬質(zhì)顆粒)復(fù)合鍍層具有良好的耐磨性能；而Ni-P-X(X為聚四氟乙烯、石墨、MoS2等潤滑顆粒)復(fù)合鍍層具有良好的減摩性能。這兩類復(fù)合鍍層已應(yīng)用于涉及摩擦磨損工況的許多行業(yè)。然而，隨著技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對材料的要求越來越高，上述第一種材料雖然耐磨性好但往往具有很高的摩擦系數(shù)，造成嚴重的噪音污染和機械振動損耗；第二種材料由于潤滑顆粒的存在具有很低的摩擦系數(shù)，特別是含有聚四氟乙烯(PTFE)顆粒的復(fù)合鍍層，但這種材料在高載低速和高載高速磨損條件下具有較差的耐磨性，使材料磨損嚴重，不能滿足某些使用條件?；谏鲜鲈?，人們迫切需要一種既耐磨又減摩的新型復(fù)合鍍層。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研究開發(fā)的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層有Ni-P-PTFE-SiC，但由于PTFE和SiC兩種顆粒的物理性能如密度，吸附性等差別較大，兩種粒子在共沉積過程中相互之間容易產(chǎn)生界面效應(yīng)，使得粒子沉積很少同時分布也極不均勻，從而使該復(fù)合鍍層耐磨減摩性能達不到要求。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Y.S.Huang，X.T.Zeng，I.Annergren et al.在《化學(xué)鍍Ni-P-PTFE-SiC復(fù)合鍍層的開發(fā)》一文中(《表面涂層技術(shù)》2003，167207-211)報道了僅用氟碳表面活性劑來促使PTFE和SiC顆粒沉積，該方法用氟碳表面活性劑對PTFE乳液進行了處理，使PTFE顆粒表面電位明顯提高，而陶瓷顆粒對氟碳表面活性劑吸附性較差，結(jié)果陶瓷顆粒表面電位仍然保持在低水平，兩種顆粒的明顯電位差使得粒子在沉積過程中出現(xiàn)不均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，使其針對不同的顆粒采用合適的表面活性劑，通過不同顆粒對不同表面活性劑的吸附作用來改善顆粒表面的Zeta電位和在鍍液中的懸浮性，進一步實現(xiàn)顆粒的共沉積。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的方法包括顆粒預(yù)處理、配制鍍液、化學(xué)復(fù)合鍍，具體步驟如下1)首先將用于泡沫滅火劑的氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I和PTFE乳液溶解后得混合液A，再將十六烷基三甲基溴化銨和SiC或Si3N4或Al203陶瓷顆粒分別溶解后得混合液B；2)鍍液配制化學(xué)鍍鎳合金鍍液選用酸性化學(xué)鍍鎳溶液，即在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳18～30g/L、乳酸15～35ml/L、醋酸鈉10～20g/L、次磷酸鈉15～40g/L、丙稀基硫脲0.1～0.3mg/L，用氫氧化鈉調(diào)整pH值；3)化學(xué)復(fù)合鍍采用化學(xué)復(fù)合鍍工藝，即在步驟2配制的酸性鍍液中添加混合液A和B，加熱鍍液，施鍍過程需不斷攪拌，獲取自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層。
所述的氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I和PTFE乳液，其質(zhì)量比是1∶30～1∶55。
所述的十六烷基三甲基溴化銨，其濃度為0.07～0.12g/L，最佳為0.09g/L。
所述的十六烷基三甲基溴化銨和SiC或Si3N4或Al2O3陶瓷顆粒，其質(zhì)量比為1∶80～1∶100。
所述的pH值為4.6～5.0，最佳為4.8。
所述的添加混合液A和B，混合液A的添加量為10～14g/L，混合液B的添加量為6～15g/L。
所述的加熱，其溫度為85～90℃。
本發(fā)明是通過不同顆粒對不同表面活性劑的選擇吸附，改變顆粒表面的Zeta電位。具體而言，陽粒子氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I吸附于PTFE顆粒表面，使其表面的電位增加，增加了顆粒之間的靜電斥力，避免了顆粒因重力作用引起的沉降。另外，顆粒表面電位增加使得PTFE在靜電引力的作用下更容易吸附于基體表面，從而增加顆粒的沉積量。同樣，十六烷基三甲基溴化銨的吸附也增加SiC顆粒表面電位，增加SiC顆粒之間的靜電斥力，避免顆粒沉降，同時也使SiC容易吸附于基體表面，使其沉積量增加?？傊?，表面活性劑的加入達到了增大顆粒沉積量和改善顆粒均勻分布的效果，最終達到改善復(fù)合鍍層耐磨減摩性能的目的。當(dāng)然，顆粒的復(fù)合量以改善鍍層性能為目的，如果加入量太多，會使鍍層的應(yīng)力增加，結(jié)合力下降。顆粒含量太少則達不到改善鍍層性能的效果。反復(fù)試驗得出，PTFE乳液添加量為10～14g/L，陶瓷顆粒的添加量為6～15g/L比較合適。
本發(fā)明所獲得的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層兩種顆粒沉積量多且分布均勻，在高載高速下具有良好的耐磨減摩性能。本發(fā)明所涉及的方法操作簡便，成本低，通過表面活性劑的作用實現(xiàn)了粒子的均勻沉積，獲得了自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層，使材料具備了更廣泛的應(yīng)用范圍。
具體實施例方式
實施例11、將0.33g氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I用去離子水溶解后和14gPTFE乳液混合；將0.07g十六烷基三甲基溴化銨用去離子水溶解后和8gSiC混合。
2、化學(xué)鍍鎳溶液配制化學(xué)鍍液成分包括硫酸鎳、次磷酸鈉、乳酸、醋酸鈉、丙稀基硫脲，在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳20g/L、乳酸33mL/L、醋酸鈉15g/L、次磷酸鈉25g/L以及丙稀基硫脲1.5mg/L，用氫氧化鈉調(diào)整pH值至4.6。
3、化學(xué)復(fù)合鍍在步驟2配制的酸性鍍液中添加1中所述的兩種混合液，加熱鍍液至90℃，施鍍過程不斷攪拌，獲取自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層。
本實施例所獲得的鍍層磷含量為8.7％wt，PTFE含量為5.3％wt，SiC含量為6％wt。該鍍層鍍態(tài)下顯微硬度為HV50482，比相同條件下得到的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的顯微硬度明顯提高。在150N高載荷和100r/min的轉(zhuǎn)速下，該復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)僅為0.15，其體積磨損速率為8.77×10-5mm3·m-1，而相同厚度，相同磨損條件下的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層已經(jīng)磨透，基底已遭到破壞。在400℃下熱處理1hr使得Ni-P-PTFE-SiC復(fù)合鍍層的耐磨性進一步提高。
實施例21、將0.18g氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I用去離子水溶解后和10gPTFE乳液混合；將0.07g十六烷基三甲基溴化銨用去離子水溶解后和10gAl2O3陶瓷顆粒混合。
2、化學(xué)鍍鎳溶液配制其成分包括硫酸鎳、次磷酸鈉、乳酸、醋酸鈉、丙稀基硫脲，在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳20g/L、檸檬酸鈉25g/L、次磷酸鈉30g/L以及丙稀基硫脲1.5mg/L，用氫氧化鈉調(diào)整pH值至4.8。
3、化學(xué)復(fù)合鍍在步驟2配制的酸性鍍液中添加1中所述的兩種混合液，加熱鍍液至90℃，施鍍過程不斷攪拌，獲取自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層。
本實施例所得表面納米復(fù)合材料中磷含量為9.0％wt，PTFE含量為4％wt，微米氧化鋁的含量為5.2％wt。在150N高載荷和100r/min的轉(zhuǎn)速下，該復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)僅為0.17，其體積磨損速率為8.31×10-5mm3·m-1。
實施例31、將0.27g氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I用去離子水溶解后和12.5gPTFE乳液混合；將0.09g十六烷基三甲基溴化銨用去離子水溶解后和9gSi3N4混合。
2、化學(xué)鍍鎳溶液配制其成分包括硫酸鎳、次磷酸鈉、乳酸、醋酸鈉、丙稀基硫脲，在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳25g/L、乳酸33mL/L、醋酸鈉15g/L、次磷酸鈉25g/L以及丙稀基硫脲1.5mg/L，用氫氧化鈉調(diào)整pH值至5.0。
3、化學(xué)復(fù)合鍍在步驟2配制的酸性鍍液中添加1中所述的兩種混合液，加熱鍍液至90℃，施鍍過程不斷攪拌，獲取自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層。
本實施例所得表面自潤滑復(fù)合材料中磷含量為8.9％wt，PTFE含量為4.2％wt，微米氮化硅顆粒的含量為5.0％wt。在150N高載荷和100r/min的轉(zhuǎn)速下，與熱處理態(tài)45#碳鋼對磨時該復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)僅為0.17，其體積磨損速率為8.5×10-5mm3·m-1。
權(quán)利要求
1.一種自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于，具體步驟如下1)首先將用于泡沫滅火劑的氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I和PTFE乳液溶解后得混合液A，再將十六烷基三甲基溴化銨和SiC或Si3N4或Al2O3陶瓷顆粒分別溶解后得混合液B；2)鍍液配制化學(xué)鍍鎳合金鍍液選用酸性化學(xué)鍍鎳溶液，即在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳、乳酸、醋酸鈉、次磷酸鈉、丙稀基硫脲，用氫氧化鈉調(diào)整pH值；3)化學(xué)復(fù)合鍍采用化學(xué)復(fù)合鍍工藝，即在步驟2配制的酸性鍍液中添加混合液A和B，加熱鍍液，施鍍過程需不斷攪拌，獲取自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的氟碳表面活性劑C20H20F23N2O4I和PTFE乳液，其質(zhì)量比是1∶30～1∶55。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的十六烷基三甲基溴化銨，其濃度為0.07～0.12g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的十六烷基三甲基溴化銨，其濃度進一步限定為0.09g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的十六烷基三甲基溴化銨和SiC或Si3N4或Al2O3陶瓷顆粒，其質(zhì)量比為1∶80～1∶100。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的在室溫下依次向鍍槽中添加硫酸鎳18～30g/L、乳酸15～35ml/L、醋酸鈉10～20g/L、次磷酸鈉15～40g/L、丙稀基硫脲0.1～0.3mg/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的pH值為4.6～5.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的pH值進一步限定為4.8。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的添加混合液A和B，混合液A的添加量為10～14g/L，混合液B的添加量為6～15g/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，其特征是，所述的加熱，其溫度為85～90℃。
全文摘要
一種屬于化學(xué)鍍技術(shù)領(lǐng)域的自潤滑化學(xué)復(fù)合鍍層的制備方法，本發(fā)明具體步驟如下1)首先將用于泡沫滅火劑的氟碳表面活性劑C
文檔編號C23C22/05GK1699622SQ20051002506
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者胡文彬, 仵亞婷, 劉磊, 沈彬 申請人:上海交通大學(xué)