電刷鍍快速鎳鍍層摩擦磨損性能試驗研究

摘要：為研究工作電壓對快速鎳鍍層摩擦磨損性能的影響，采用電刷鍍方法制備了快速鎳鍍層。在球-盤摩擦磨損試驗機上，以Cr12鋼球為摩擦配副進行油潤滑條件下的摩擦磨損試驗。通過磨損失重、摩擦表面形貌和油液鐵譜分析方法研究了不同的快速鎳鍍層的摩擦磨損性能。結果表明：不同工作電壓下的鍍層的摩擦磨損性能存在較大差異。工作電壓過高和過低時，鍍層摩擦磨損性能均下降；當電壓在14V時快速鎳鍍層的摩擦磨損性能最佳；快速鎳鍍層的磨損機制以磨粒磨損和粘著磨損為主。

關鍵詞：電刷鍍；快速鎳；摩擦磨損；油液分析

中圖分類號：U671；TG502文獻標志碼：A

Experimental Research on Wear Behavior of Rapid Ni

Coating by Brush Electro Plating

I Jing1， GUAN De lin2， LI Guo bin2

(1.Mechanical institute， Dalian Fisheries University， Dalian Liaoning 116023， China;2.Marine Engineering Institute， Dalian Maritime University， Dalian Liaoning 116026，China )

Abstract:Aiming at researching the work voltages’ influence on wear behavior of rapid Ni coating， the samples with rapid Ni coating have been prepared by brush electro plating. The friction and wear test has been conducted on the ball disc friction test unit with a Cr12 pair on the zcondition of lubrication， and the performances of coating have been studied by means of wear loss， ferrography and surface morphology analysis. Results show that there are significant differences of friction and wear properties for the coating under different voltages. The best correspandends to the voltage of 14V， and for the others the friction and wear properties reduce. The wear mechanism of rapid Ni coating is abration and adhesion.

Key words:brush electro plating; rapid nickel; friction and wear; oil analysis

摩擦磨損是造成設備零件失效的主要形式之一［1］，采用表面處理技術提高設備、零件材料表面的耐磨性是一種行之有效的手段。電刷鍍技術是再制造技術和表面工程技術的重要組成部分，具有設備、工藝簡單、鍍層種類多，沉積快、性能優良等特點，廣泛應用于機械零件表面修復與強化［2-6］。

電刷鍍作為一種表面處理技術，鍍層的性能是鍍層得以發揮作用的關鍵技術指標，直接表征材料表面修復與強化的效果。在電刷鍍過程中，工藝參數和鍍層性能間有著密切聯系［7-8］。研究工藝參數對鍍層性能的影響，確定合理工藝參數，使鍍層表面具有最佳性能，有重要的實際意義。

在三種不同工作電壓下在45^#鋼表面分別制備快速鎳鍍層，通過磨損失重、表面形貌和油液鐵譜分析方法研究了不同工作電壓下鍍層的摩擦磨損性能，確定摩擦磨損性能最佳的快速鎳鍍層的電刷鍍工作電壓，為電刷鍍的實際應用提供理論依據。

1試驗部分

1.1試驗材料

試驗選用45^#鋼作為基體材料，試樣尺寸為31.7×20mm。在試樣表面制備100μm厚的快速鎳鍍層。快速鎳的主要成分：硫酸鎳250g/L；檸檬酸銨50g/L；醋酸銨25g/L；草酸銨0.15g/L；25%氨水105g/L。電刷鍍工藝過程為：表面處理→丙酮擦洗→電凈，12V正接→水沖洗→2^#活化，8V反接→水沖洗→3^#活化，20V反接→水沖洗→特殊鎳，12V正接→水沖洗→快速鎳，正接→水沖洗。其中鍍快速鎳的工作電壓分別為8V、14V和22V。

為方便分析，將試樣編號：工作電壓8V的為1^#試樣，工作電壓14V的為2^#試樣，工作電壓22V的為3^#試樣。

1.2摩擦磨損試驗

摩擦磨損試驗在濟南試驗機廠生產的MMW-1型立式萬能摩擦磨損試驗機上進行。采用球-盤摩擦偶件，球試樣通過專用夾具安裝于主軸的下端部，盤試樣安裝在托盤內并通過托盤下的施力系統對試樣加載，主軸在直流電機的驅動下帶動球試樣作旋轉運動。球試樣選用硬度為760HV的Cr12鋼球，尺寸為12.7mm。盤試樣分別為1^#、2^#和3^#試樣。

試驗條件：選用普通CD40潤滑油浸油潤滑，球試樣轉速300r/min，載荷分別為100N、200N、300N和400N，每一載荷下磨損15min，每一試樣共連續磨損60min。

試驗前試樣均經超聲波清洗，并烘干處理。每一試樣在磨損試驗結束后，均采集試驗潤滑油油樣，用于油樣鐵譜分析。

用精度為0.1mgMETTLERTOLEDO-AL204型電子天平測量盤試樣磨損前后質量；用帶CCD攝像頭的光學顯微鏡觀察磨損后的盤試樣表面形貌；在FTP-X2型分析鐵譜儀上制作鐵譜圖片，鐵譜圖片的觀察和分析在帶有計算機圖像采集系統的OLYMPUSbx40型鐵譜顯微鏡上進行，拍攝的磨粒圖像放大倍數為500×，譜片的成像位置均在磨粒的入口端。

2結果分析

2.1磨損失重

用電子天平分別測量1^#、2^#和3^#試樣試驗前后的質量，計算磨損失重，結果如圖1所示。

從圖1可以看出，在不同工作電壓下制備的快速鎳鍍層試樣磨損失重差別較大。1^#試樣的磨損失重最大；2^#試樣的最小，與^#1試樣比較，磨損失重減小4倍左右；3^#試樣與1^#試樣比較，磨損失重略有減小。1^#、2^#和3^#試樣的工作電壓分別是8V、14V和22V。因此，在相同試驗條件下，14V工作電壓下制備的快速鎳鍍層試樣磨損失重最小，耐磨性最好；8V和22V工作電壓下制備的鍍層磨損失重較14V的增加4倍左右，耐磨性能差。

2.2磨損表面形貌

圖2為試樣在不同載荷下浸油磨損60min后的磨損表面形貌。

可以看出：三個試樣的磨損表面均有明顯的裂紋和剝落坑，但三者亦有不同。1^#試樣磨損表面存在明顯的金屬撕裂和脫落的痕跡，發生了較嚴重的粘著磨損；2^#試樣磨損表面存在微切削形成的平行溝槽，雖然表面有裂紋出現，但磨損脫落痕跡不明顯，因此，2^#試樣的磨損機制以磨粒磨損為主；3^#試樣磨損表面的平行溝槽已消失，表面裂紋清晰，開始出現金屬脫落的痕跡，剝落坑增多，因此，3^#試樣開始出現嚴重的粘著磨損的跡象。

磨損表面形貌分析表明，8V工作電壓下制備的鍍層發生了較嚴重的粘著磨損，磨損失重最大，耐磨性最差；14V工作電壓下制備的鍍層以磨粒磨損為主，磨損失重最小，耐磨性最好；22V工作電壓下制備的鍍層開始出現嚴重的粘著磨損的跡象，磨損失重較14V的增加，耐磨性下降。

2.3油液鐵譜圖像

采集1^#、2^#和3^#試樣在磨損試驗結束后的潤滑油樣，制作鐵譜圖片，應用鐵譜顯微鏡進行觀察分析，觀察圖3可以看出，1^#試樣的磨粒圖像上大尺度磨粒占優勢，大的片狀剝落磨粒多；2^#試樣的磨粒圖像上小尺度磨粒占優勢，大的剝落磨粒少見；

3^#試樣的磨粒圖像上出現了大尺度的片狀剝落磨粒，但仍存在一定數量的小悄度磨粒。因此，1^#、2^#和3^#試樣磨粒圖像的磨粒變化亦佐證了磨損表面形貌的分析結果。

3結論

對三種不同工作電壓下制備的快速鎳鍍層試樣進行摩擦磨損性能試驗研究，得出如下結論：

1）磨損失重表明，14V工作電壓下制備的快速鎳鍍層耐磨性能最好，8V和22V工作電壓下制備的鍍層耐磨性能均大大下降。因此，14V工作電壓下可獲得具有最佳耐磨性能的快速鎳鍍層。

2）磨損表面形貌和油液鐵譜分析表明，快速鎳鍍層磨損機制以磨粒磨損和粘著磨損為主。8V工作電壓下制備的快速鎳鍍層發生了較嚴重的粘著磨

損；14V工作電壓下制備的鍍層以磨粒磨損為主；22V工作電壓下制備的鍍層開始出現嚴重的粘著磨損跡象。

參考文獻

［1］滿一新.船機維修技術［M］.大連:大連海事大學出版社，1998.

［2］徐濱士，朱紹華.表面工程與維修［M］.北京:機械工業出版社，1996.

［3］徐濱士，朱紹華.表面工程理論與技術［M］.北京:國防工業出版社，1999.

［4］姜銀方.現代表面工程技術［M］.北京:化學工業出生社，2006.

［5］董允，張廷森，林曉娉.現代表面工程技術［M］.北京:機械工業出版社，2000.

［6］徐濱士，朱紹華，劉世參.材料表面工程［M］.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，2005.

［7］中國材料工程大典第16卷［M］.北京:化學工業出生社，2005.

［8］汪選國.氬弧表面熔敷耐磨覆層工藝研究［J］.船海工程，2006(4)，95-98.