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纺织钢领Ni-P基纳米化学复合镀层的摩擦磨损性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 纺织纲领的概述

1.1.1 纺织钢领

1.1.2 钢领的失效形式与性能要求

1.1.3 钢领的表面处理技术

1.2 化学镀

1.2.1 化学镀概述

1.2.2 化学镀镍

1.3 化学复合镀概述

1.3.1 化学复合镀特点

1.3.2 化学复合镀发展现状

1.4 纳米化学复合镀概述

1.4.1 纳米材料

1.4.2 研究现状

1.4.3 存在的问题

1.5 本课题研究内容

第二章 试验材料与方法

2.1 实验材料及试剂

2.1.1 基材

2.1.2 化学镀液试剂

2.1.3 制备纳米颗粒药品

2.2 实验仪器及设备

2.3 工艺流程

2.3.1 基体前处理

2.3.2 配置溶液

2.3.3 分散方法

2.4 化学复合镀

2.5 复合镀层的热处理

2.6 测试方法

2.6.1 镀速的测定

2.6.2 镀层硬度的测定

2.6.3 镀层孔隙率的测定

2.6.4 镀层耐磨性的测定

2.6.5 镀层形貌的观察

第三章 纳米化学复合镀工艺研究

3.1 纳米Al2O3和ZrO2的制备

3.2 纳米颗粒的分散机理

3.2.1 纳米颗粒团聚的原因

3.2.2 纳米颗粒在液体中的分散稳定理论

3.2.3 纳米颗粒在液体中的分散问题

3.3 溶液组成对镀速的影响

3.3.1 主盐和还原剂对镀速的影响

3.3.2 络合剂对镀速的影响

3.3.3 温度和pH值对镀速的影响

3.3.4 正交试验

3.4 纳米粒子添加量

3.5 本章小结

第四章 镀层组织及性能研究

4.1 复合镀层表面形貌

4.2 复合镀层的沉淀机理分析

4.3 复合镀层的显微硬度

4.3.1 纳米Al2O3对复合镀层硬度的影响

4.3.2 纳米ZrO2对复合镀层硬度的影响

4.3.3 纳米Al2O3/ZrO2对复合镀层硬度的影响

4.3.4 热处理对纳米复合镀层硬度的影响

4.4 镀层组织结构分析

4.5 复合镀层的孔隙率

4.6 复合镀层的耐磨性及磨损机理分析

4.6.1 纳米颗粒含量对复合镀层磨损性能的影响

4.6.2 磨损机理分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

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摘要

钢领是纺织机械中应用量非常大的一个关键零件,但是其使用性能与寿命却不是很好,本文综述了近年来国内外纺织钢领的发展现状,并进一步论述化学镀的反应机理以及国内外化学镀Ni-P的研究进展。通过试验优化化学复合镀的工艺参数,并讨论了主盐和还原剂、络合剂、温度和pH对镀速的影响,得到了最佳的实验方案,制备出了Ni-P镀层、Ni-P-nano-Al2O3镀层、Ni-P-nano-ZrO2镀层和Ni-P-nano-Al2O3/ZrO2镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、数显显微硬度计等对镀层的表面形貌、组织结构、显微硬度进行分析,采用销盘式摩擦磨损试验机研究镀层的摩擦磨损性能并初步探讨了磨损的机理。
  试验采用20#钢领作为试样,采用正交试验法优化了化学镀的工艺参数,得到的最佳工艺参数为:乳酸浓度25 g/L,柠檬酸浓度10g/L,温度为89℃,pH值为4.6。向化学镀液中加入纳米颗粒得到耐磨的纳米复合镀层,当加入纳米Al2O3颗粒时,Al2O3作为硬质颗粒,弥散分布在镀层中增强了镀层的硬度进而使其耐磨性提高,当加入ZrO2颗粒时,ZrO2具有较好的高温硬度和耐高温性能,在摩擦产生的热量作用下,ZrO2对复合镀层耐磨损性能具有重要作用。当纳米Al2O3浓度为6g/L时,沉积速度达到一个峰值,镀层中纳米颗粒的含量也最大;当单独添加纳米ZrO2时,其浓度为2g/L时,镀速和镀层中含有的纳米微粒含量都达到最大值。由SEM图和XRD图分析可知,镀层中含有Al2O3和ZrO2两种纳米粒子,在Al2O3的浓度为4g/L,ZrO2的浓度为3g/L时,硬度达到最大值702.7HV,磨损量呈下降趋势。由于两种硬质粒子的加入,同时ZrO2粒子的高温硬度和高温性能,当两种纳米粒子均匀分散在镀层中时,使得镀层相比Ni-P镀层的硬度增加,粘着磨损效应得到减弱,耐磨性得到提高。

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