脈沖電沉積Cu-Sn-石墨-Cu-Sn-石墨-Al2O3復(fù)合鍍層及其性能研究.pdf

1、低錫銅錫合金具有拋光性好、孔隙率低、耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，因此在電沉積耐磨減摩復(fù)合鍍層中常被用作基質(zhì)金屬。銅錫基石墨復(fù)合鍍層是優(yōu)良的自潤(rùn)滑材料，其制備方法通常是將石墨以粉末形式加入到鍍液中進(jìn)行電沉積。本文將石墨以溶膠形式加入到鍍液中進(jìn)行脈沖電沉積，不僅得到了納米級(jí)別的石墨微粒，更是克服了石墨粉末存在的潤(rùn)濕性差、分散難等缺點(diǎn)，并對(duì)Cu-Sn-石墨復(fù)合鍍層的沉積機(jī)理、沉積速率、組織成分、表面形貌、顯微硬度、耐腐蝕性、摩擦學(xué)性能及磨損機(jī)理進(jìn)行了研究

2、分析，以得到耐磨減摩性能優(yōu)異的復(fù)合鍍層。
　　本文首先通過電解石墨板的方法獲得石墨溶膠，由透射電鏡（TEM）測(cè)試分析后得出，溶膠粒徑大小主要集中在10~20nm之間，微粒在溶膠和鍍液中分散均勻，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。將石墨以溶膠形式加入到焦磷酸鹽-錫酸鹽鍍液中，并采用脈沖電沉積方法制備Cu-Sn-石墨復(fù)合鍍層。分析SEM電鏡圖和EDS能譜可知，石墨溶膠的加入提高了Cu-Sn合金鍍層表面質(zhì)量，可得到表面平整、致密性好、無明顯針孔和麻點(diǎn)的鍍

3、層，同時(shí)其含碳量可達(dá)5.22％。顯微硬度研究結(jié)果表明石墨溶膠復(fù)合鍍層的硬度值要低于Cu-Sn合金，當(dāng)溶膠添加量為110mL/L，電流密度為2.0A/dm2時(shí)，鍍層的硬度值可達(dá)352.85HV。復(fù)合鍍層的最小腐蝕電流密度為1.675×10-5A·cm-2。同時(shí)實(shí)驗(yàn)制備了Cu-Sn-石墨粉末復(fù)合鍍層，并對(duì)其性能進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明石墨粉末復(fù)合鍍層表面質(zhì)量較差，多數(shù)試樣表面均有凸起現(xiàn)象。復(fù)合鍍層的顯微硬度最大值為328.87HV，最小腐蝕電

4、流密度為1.782×10-5A·cm-2。相比于石墨粉末復(fù)合鍍層，石墨溶膠復(fù)合鍍層具有更為優(yōu)良的表面質(zhì)量、顯微硬度和耐蝕性。
　　為了進(jìn)一步提高Cu-Sn-石墨復(fù)合鍍層的顯微硬度和耐磨性，實(shí)驗(yàn)將Al2O3溶膠加入到鍍液中，采用脈沖電沉積方法制備了Cu-Sn-石墨-Al2O3復(fù)合鍍層。文中通過有機(jī)鹽水解法獲得 Al2O3溶膠，由激光粒度儀測(cè)得溶膠粒徑大小均值約為19nm，且分散均勻，易存放，穩(wěn)定性好。TEM電鏡圖分析可知，Al2O3

5、溶膠和石墨溶膠在鍍液中能較好的共存，無明顯團(tuán)聚產(chǎn)生。SEM和EDS能譜分析表明，納米Al2O3微粒的加入提高了復(fù)合鍍層致密性，當(dāng)添加量為40mL/L時(shí)，其鍍層中Al元素的含量可達(dá)0.85%。納米Al2O3微粒的自身物理特性和彌散強(qiáng)化作用，使得石墨復(fù)合鍍層的顯微硬度和耐蝕性得到了明顯的提高，復(fù)合鍍層的最大硬度值為456.15HV，其最小腐蝕電流密度為0.836×10-5A·cm-2。
　　Cu-Sn-石墨復(fù)合鍍層和Cu-Sn-石墨-

6、Al2O3復(fù)合鍍層的摩擦學(xué)性能研究結(jié)果表明，石墨的加入明顯降低了Cu-Sn合金的摩擦系數(shù)，在1N的壓力下進(jìn)行點(diǎn)接觸干摩擦，其摩擦系數(shù)可達(dá)到0.1，但由于其顯微硬度較低，所以耐磨性需要強(qiáng)化。分析SEM電鏡圖可知，石墨復(fù)合鍍層的磨損機(jī)理主要為磨粒磨損，并有輕微的粘著磨損。加入Al2O3溶膠后，在對(duì)摩擦系數(shù)影響不大的前提下，明顯提高了鍍層的耐磨性，復(fù)合鍍層的耐磨減摩綜合性能更為優(yōu)異。Cu-Sn-石墨-Al2O3復(fù)合鍍層的磨損機(jī)理為磨粒磨損和粘