Ni-Mo-P-Si3N4化學(xué)鍍層的摩擦磨損性能研究

王亞欣，胡明建，李晨陽

Ni-Mo-P-Si3N4化學(xué)鍍層的摩擦磨損性能研究

王亞欣，胡明建，李晨陽

（長安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點實驗室，陜西西安710064）

Q215碳素鋼表面上制備一層Ni-Mo-P-Si3N4復(fù)合鍍層，在MS-T3000摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損試驗，記錄平均摩擦系數(shù)，測試磨痕寬度，計算磨損率，研究該化學(xué)鍍層的摩擦磨損性能。分析結(jié)果表明：載荷不變時，平均摩擦系數(shù)和磨損率均隨滑動速度的增大而增大；滑動速度不變時，平均摩擦系數(shù)和磨損率均隨載荷的增大而增大；載荷和滑動速度不變時，平均摩擦系數(shù)和磨損率隨鍍層中Si3N4的體積分?jǐn)?shù)先增大后減小。

化學(xué)鍍；Ni-Mo-P-Si3N4復(fù)合鍍層；摩擦磨損性能

化學(xué)復(fù)合鍍和納米技術(shù)在各個領(lǐng)域均有應(yīng)用前景，將納米技術(shù)與化學(xué)復(fù)合鍍結(jié)合是化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)中的發(fā)展熱點。盡管納米化學(xué)復(fù)合鍍是一種新技術(shù)，但有許多方面仍需進一步改善：化學(xué)鍍液的穩(wěn)定性差；納米粒子的分散性差；目前已對金、銀納米復(fù)合鍍鎳體系[1，2]進行了相關(guān)研究，但仍然需要擴大金屬納米粒子的應(yīng)用種類。目前解決鍍液不穩(wěn)定性問題的措施有兩個。第一，可以添加適量穩(wěn)定劑[3]。第二，可以采用合適的絡(luò)合劑[4]。為得到良好的納米復(fù)合鍍層，納米顆粒在鍍層和鍍液必須盡量均勻分散，在本實驗中，我們采用超聲波分散儀進行分散。

為了進一步提高化學(xué)鍍鎳、鉬、磷合金鍍層的硬度及耐磨性，本文使用懸浮性能更好的Si3N4納米粒子。此次探索的目的在于利用化學(xué)鍍的方法制備四種鍍層，進行摩擦磨損實驗，研究鍍層的摩擦磨損性能。

1 實驗方法

在材料為Q215普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的四個試塊上分別制備四種Ni-Mo-P-Si3N4復(fù)合鍍層，在摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損實驗，分別在不同載荷和不同滑動速度條件下測試試樣的摩擦系數(shù)和磨損率。研究試塊摩擦系數(shù)和磨損率的變化規(guī)律。

配制Ni-Mo-P-Si3N4鍍液，優(yōu)化方案如表1所示：

表1 Ni-Mo-P-Si3N4鍍層中Si3N4用量優(yōu)化

施鍍過程中每隔10 min測量一次鍍液溫度和PH值，其目的在于及時調(diào)整它們以維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。施鍍結(jié)束后取出鍍件，測量鍍件鍍后質(zhì)量、長度、寬度、高度，并計算鍍層厚度，表2為相關(guān)測量和計算結(jié)果。

表2 鍍件鍍后質(zhì)量、長度、寬度、高度、鍍層厚度

本實驗的操作條件：溫度80℃～85℃，PH 6.9-7.2.鍍液的溫度和PH是影響鍍液穩(wěn)定性和沉積速度的重要因素。在本試驗中發(fā)現(xiàn)施鍍溫度83℃時效果較好。因此，控制好實驗的操作條件是得到最佳鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵。

本實驗要求磨損四個磨痕，正反兩面各有兩個，1-4磨痕的實驗條件如表3所示。

表3 實驗條件

2 實驗結(jié)果和分析

實驗結(jié)果用Origin75軟件進行了處理，得到了如圖1、2所示的折線圖。

圖1 摩擦系數(shù)變化折線圖

圖2 磨損率變化折線圖

由圖1分析得到：當(dāng)載荷不變時，摩擦系數(shù)隨滑動速度的增大而增大；當(dāng)滑動速度不變時，摩擦系數(shù)隨載荷的增大而增大；當(dāng)載荷和滑動速度均不變時，摩擦系數(shù)隨鍍層中Si3N4體積分?jǐn)?shù)先增大后減小。

由圖2分析得到：當(dāng)載荷不變時，磨損率隨滑動速度的增大而增大；當(dāng)滑動速度不變時，磨損率隨載荷的增大而增大；當(dāng)載荷和滑動速度均不變時，磨損率隨鍍層Si3N4體積分?jǐn)?shù)先增大后減小。

3 結(jié)論

當(dāng)載荷不變時，摩擦系數(shù)和磨損率隨滑動速度的增大而增大；當(dāng)滑動速度不變時，摩擦系數(shù)和磨損率隨載荷的增大而增大；當(dāng)載荷和滑動速度均不變時，摩擦系數(shù)和隨磨損率鍍層中Si3N4體積分?jǐn)?shù)先增大后減小。

[1]馬洪芳，韓東升，原政軍.金納米粒子對鎳-磷化學(xué)鍍層耐磨損性能的影響[J].功能材料，2008，39（增刊）：402-405.

[2]馬洪芳，許斌，郭強.Ni-P/Ag納米復(fù)合鍍層的耐磨損性能[J].材料保護2009，42（4）：24-26.

[3]卿華，江和甫.纖維增強金屬基復(fù)合材料及其在航空發(fā)動機上的應(yīng)用[J].燃?xì)鉁u輪試驗與研究，2001，14（1）：33-37.

[4]王為，李克鋒.Ni-P基納米化學(xué)復(fù)合鍍研究現(xiàn)狀[J].電鍍與涂飾，2003，22（5）：35-36.

A Study on Friction and Wear Properties of Ni-Mo-P-Si3N4 Electroless Plating

WANG Ya-xin，HU Ming-jian，LI Chen-yang
（Key Laboratory of Road Construction Technology&Equipment of Chang’an University，MOE，Xi’an Shanxi 710064，China）

On Q215 carbon steel surface，we get the preparation of a layer of Ni-Mo-P-Si3N4 composite coating，In MS-T3000 friction and wear testing machine to carry on the friction and wear test，record the average friction coefficient，test grinding crack width and calculate wear rate，the friction and wear properties of the chemical plating was studied.The analysis results show that the load is constant，the average friction coefficient and wear rate increase with the increase of sliding velocity；Sliding speed is constant，the average friction coefficient and wear rate increase with the increase of load；At constant load and sliding speed，the average friction coefficient and wear rate increase with the volume fraction of coating of Si3N4 first then decrease.

chemical plating；Ni-Mo-P-Si3N4 composite coating；the friction and wear properties

TQ153.2

A

1672-545X（2017）07-0277-02

2017-04-01

王亞欣（1992-），女，河南濟源人，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)動力學(xué)。