Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4化學(xué)復(fù)合鍍層在高速鋼刀具上的應(yīng)用研究.pdf

1、化學(xué)鍍是一種新型的金屬表面處理技術(shù)，因其工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)日益引起人們的重視，更因化學(xué)鍍層具有良好的耐磨、潤(rùn)滑性能和鍍層均勻等特點(diǎn)而在航空航天、計(jì)算機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、模具等方面得到迅速的推廣應(yīng)用。作為有益探索，為了提高高速鋼刀具的耐用度，本文將Ni-Mo-P三元化學(xué)鍍層作為基底合金，同時(shí)加入具有良好減摩性能的MoS2納米顆粒和有超高硬度且兼具潤(rùn)滑性能的Si3N4納米顆粒，制備出了Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4三元化學(xué)復(fù)合鍍

2、層，優(yōu)化其耐磨性能，并作為高速鋼刀具涂層與高速鋼祼刀在相同條件下進(jìn)行金屬切削加工對(duì)比試驗(yàn)，取得了顯著效果。與Ni-P二元化學(xué)鍍層相比，Ni-Mo-P三元化學(xué)鍍層具有更高的硬度和更好的耐磨性能。本文在Ni-P化學(xué)鍍液中通過改變鉬酸鈉的添加量制備出了一系列不同Mo、P含量的Ni-Mo-P三元化學(xué)鍍層，通過用攜帶能譜儀的Quanta200掃描電子顯微鏡對(duì)鍍層進(jìn)行形貌觀察和化學(xué)成分檢測(cè)，用HXD-1000TM顯微硬度計(jì)對(duì)鍍層進(jìn)行顯微硬度測(cè)量、用

3、MS-T3000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行鍍層摩擦磨損性能測(cè)試，研究了Mo、P含量與鍍層硬度和耐磨性能之間的關(guān)系，優(yōu)化出了硬度最高、耐磨性最好的Ni-Mo-P三元化學(xué)鍍層。
　　納米尺寸的MoS2顆粒因具有較強(qiáng)的表面活性，加入化學(xué)鍍液中極易引起Ni-P的化學(xué)沉積而導(dǎo)致鍍液分解失效。為此，本文通過試驗(yàn)從數(shù)十種不同性質(zhì)的表面活性劑中挑選出陽離子型表面活性劑FC4和非離子表面活性劑硅烷560以適當(dāng)比例混合使用，并優(yōu)化出MoS2納米粒子在鍍液中的

4、適宜加入量和鍍液pH值，從而制備出了Ni-Mo-P-MoS2復(fù)合鍍層。在此基礎(chǔ)上，還研究了鍍層中MoS2體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合鍍層摩擦系數(shù)和磨損率的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，Ni-Mo-P-MoS2復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)隨著復(fù)合鍍層中MoS2體積分?jǐn)?shù)的增加逐漸降低，磨損量隨著鍍層中MoS2含量的增加出現(xiàn)極小值，并優(yōu)化出了復(fù)合鍍層中MoS2納米顆粒的最優(yōu)體積分?jǐn)?shù)。
　　Ni-Mo-P-Si3N4復(fù)合鍍層的制備相對(duì)容易。在優(yōu)化施鍍工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研

5、究了Si3N4在Ni-Mo-P-Si3N4鍍層中的體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合鍍層摩擦磨損性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，隨著復(fù)合鍍層中 Si3N4體積分?jǐn)?shù)的增加，鍍層的摩擦系數(shù)出現(xiàn)極大值，而鍍層磨損率則單調(diào)降低。
　　MoS2和Si3N4納米顆粒單獨(dú)加入Ni-Mo-P鍍層中時(shí)，二者體積分?jǐn)?shù)的增加對(duì)復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)和磨損率的影響規(guī)律并不一致。主要原因是，MoS2屬于軟質(zhì)粒子，有很好的潤(rùn)滑性能，而 Si3N4則屬于硬質(zhì)粒子，與其潤(rùn)滑性能相比，其抗磨性

6、能表現(xiàn)更為明顯。如將二者同時(shí)加入 Ni-Mo-P鍍層中，二者的協(xié)同效應(yīng)將會(huì)使 Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4復(fù)合鍍層的耐磨性能大幅提高。為此，本文以摩擦系數(shù)和磨損率為指標(biāo)設(shè)計(jì)了一個(gè)2因素3水平正交試驗(yàn)，通過改變鍍液中同時(shí)加入 MoS2和 Si3N4的量獲得含有不同體積分?jǐn)?shù)的Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4復(fù)合鍍層，并在MS-T3000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試這些鍍層的摩擦系數(shù)和磨損率。結(jié)果表明，當(dāng)鍍液中MoS2、Si3N4的添加量

7、分別為6.25 g/L、3.75 g/L時(shí)，Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)最小，同時(shí)磨損率又最低。
　　為了檢驗(yàn) Ni-Mo-P鍍層、Ni-Mo-P-MoS2復(fù)合鍍層、Ni-Mo-P-Si3N4復(fù)合鍍層以及Ni-Mo-P-MoS2-Si3N4復(fù)合鍍層在金屬切削加工條件下的摩擦磨損性能，分別將它們鍍覆在Φ6直徑的高速鋼鉆頭上，與高速鋼祼刀一起，在相同切削條件下，比較加工硬鋁合金時(shí)的刀具耐用度。結(jié)果表明，Ni-