热处理对Ni-P-A12O3化学复合镀层摩擦磨损性能的影响

审Z事M移热处理对NIPAI203化学复合镀层摩擦磨损性能的影响雪金海，吴蒙华1河南平高电气股份有限公司电镀厂，河南平顶山467001；2大连大学机械工程学院，辽宁大连116622摘要热处理可显著提高镀层的硬度和耐磨性能。采用化学镀的方法在45钢表面制备了NIP纳米ALO，复合镀层，并以不同温度对其热处理，研究了镀层热处理前后的物相、硬度和耐磨性能。结果表明400CC热处理后，NIPAI0复合镀层达到稳态，稳定相是NINIPNIOA103；镀层的显微硬度随热处理温度的升高而先增加后降低；随着镀液中纳米ALONA1203颗粒含量的增加，热处理前后镀层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低；镀液中NA10颗粒含量为20GL，400热处理1H的复合镀层的显微硬度和耐磨性能最佳。关键词化学复合镀；热处理；NIP一纳米AL2O3镀层；耐磨性；硬度；物相中图分类号TQ1532文献标识码A文章编号100115602011L00O65030前言化学复合镀层硬度高、耐磨损、耐腐蚀，是国内外研究的热点卜。如NIPAI0，化学复合镀层耐腐蚀，硬度可达600HV【4J。添加纳米AL2O3NA1203粒子后，NI一合金镀层的硬度和耐磨性显著提高J。热处理可显著提高镀层的硬度和耐磨性6。目前，有关热处理对添加不同含量NAL0，制备的NIPA10镀层的结构、性能的影响的报道不多。本工作在45钢基体上化学镀NIP纳米A10，复合层，并在不同温度下对其热处理，研究了镀层镀态及不同温度热处理后的物相、硬度及耐磨性能。1试验11基体前处理基体为45钢，尺寸30MM20MM1MM。前处理流程打磨一抛光一化学除油一水洗化学除锈水洗一弱酸活化一水洗。化学除油80100GLNAOH，5060LNA3PO4，35GL洗衣粉；室温，10MIN。收稿日期20110525通信作者吴蒙华，教授，主要从事电化学复合工艺研究，S电话041187402147，EMAILWMH005163CORN化学除锈1500020000GLH2SO4，3000035000GLHC1，30050OGLOP一10，400GL硫脲，002005GL十二烷基硫酸钠；室温，510RAIN。弱酸活化10一15HC1；室温，3060S。12镀层制备及热处理镀液组成及工艺参数25GLNISO6H0，20GLNAH2PO2H20，15GLCH4COONA，10MLLC3H603，10GLC6H807H20，030GLNA1203粒径50NM，纯度大于999，150MGL十二烷基硫酸钠，1MGLC4H6CO4PB3H20，90MGLOP一10；镀液温度85，PH值为44，超声功率200W，时间2H。将化学镀NIPA10试样放人箱式高温电阻炉中恒温热处理1H，热处理温度分别为200，300，400，500，取出空冷。13性能测试利用DMAX2400型全自动X射线衍射仪XRD分析复合镀层物相。利用HX一200型显微硬度计测量镀层硬度加载1N，保载15S，在镀层表面不同位置采集5个数据，取平均值。镀层耐磨性能测试在MM200型摩擦磨损试验机上进行下试样为西40MMGCRL5淬火钢硬度6365HRC，上试样为镀覆试样，以线接触的方式测试，载荷20N，钢环转速200RMIN，干摩擦，磨损时间10RAIN。利用JSM6460LV型扫描电镜SEM观察镀层表面形貌。捷凑“姆2结果与讨论21不同温度热处理的镀层的物相NIPA12O3镀层NA1203添加量为20GL镀态和不同温度热处理后的XRD谱见图1。由图1可以看出200OC热处理镀层的组织结构与镀态下的区别不大，峰值和峰宽均无较明显变化，这说明镀层仍然为非晶态；随着热处理温度的上升，镀层由非晶态向晶态转变，衍射角45。附近衍射峰的宽度逐渐变窄；热处理温度为300OC时，镀层结构明显转变，出现了2种新相NI，P和NI，此时NI的衍射峰为最强峰；当热处理温度为400OC时，镀层中又出现了新相NIO；热处理温度为500OC时，镀层没有出现新相，只是NIO的衍射峰有所加强，说明镀层已完成了由非晶态到晶态的转变过程；不同温度热处理的复合镀层的衍射峰中A10，始终存在，只是衍射强度微弱，这是由复合镀层中NAI0，颗粒含量较低而造成的。综上可知，400。【热处理后复合镀层已达到稳态，稳定相是NINI3PNIOA1203。2030405O6O708020。A镀态2030405060708020。B200对INIP2500F2500RI皿J上盈203040506070802O，。C3002030405060708020。D400ANIONI。PNIOXAL203。20。E500图1镀层镀态和不I司温度热处理后的XRD谱22不同温度热处理的镀层的硬度NIP镀层NA1203添加量为0GL和NIPAI03镀层NA10，添加量为20GL不同温度热处理后的显微硬度见图2。由图2可知随着热处理温度的升高，NIPA10，复合镀层显微硬度提高，这是因为热处理后NIP从过饱和固溶体中析出，弥散分布在镀层中，阻碍了镀层的塑性变形，对镀层起分散强化作用。；当热处理温度达到400时，NIP镀层和NIPAI2O3镀层都完成由非晶态向晶态的转变，析出的NIP呈弥散分布状态，故镀层硬度最大；当热处理温度高于400时，分散的NI，P开始聚集粗化，NI，P在镀层里的分散程度降低，从而导致镀层硬度降低；400热处理1H提高NIPA10，镀层硬度的幅度比提高NIP镀层的明显，这是由于镀层中的NA1O，颗粒阻碍了析出相NIP的晶粒长大，细化了晶粒，弥散分布的NIP晶粒与NA103颗粒共同作用，使NIPA1O，复合镀层硬度增加幅度较大。图2镀层硬度与热处理温度的关系23热处理前后镀层的磨损形貌镀态和400热处理的NIPA1203镀层NA12O3添加量为20GL干摩擦磨损试验后的表面SEM形貌见图3。从图3A可知镀态镀层为严重的黏着磨损，磨损表面存在大面积剥落的痕迹，镀层局部脱落并有较宽的犁沟。这是由于镀层与摩擦副接触，表面温度不断升高，抵抗塑性变形的能力逐渐减弱，很容易发生软化和黏着现象，甚至发生局部脱落造成严重的黏着磨损。由图3B可见400热处理后的镀层磨损表面较平整，有一些窄而浅的犁沟，仅有少量的黏着磨损痕迹，说明其磨损机理发生了变化，由黏着磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损，镀层抗黏着磨损能力增强。A镀态B400热处理图3热处理前后的镀层摩擦磨损后的表面SEM形貌24不同NALO含量的镀层热处理前后的硬度不同NA1203含量的NIPA10，镀层镀态和400热处理后的硬度见图4。从图4可以看出镀层400材料偶掰絮移磊移砧热处理后显微硬度明显升高；随着镀液中NA10，颗粒含量增加，2种镀层的硬度均先增后减；当镀液中NA10颗粒含量为2OGL时，2种镀层显微硬度均达到最大。11董1酗幕1015202530PNA1O，GL图4不L司NA1ZO，含量的镀层热处理前后的硬度25不同NALO含量的镀层热处理前后的磨损率在摩擦过程中NA10，颗粒随着镀层的磨损而逐渐裸露于接触表面，起一定的承载作用，从而肖L弱了摩擦过程中的犁沟效应，并抑制黏着区域的扩展和剥落，增强镀层抗黏着磨损的能力。伴随着镀层中NA10，颗粒含量的增加，其降低犁沟效应和黏着脱落的效果越显著。不同NA10，含量的镀层镀态和400热处理后的磨损率见图5。F昌吕0薄卧图5镀层磨损率与NAIZ0，颗粒含量的关系由图5可知当镀液中NA103颗粒含量小于20GL时，增加其含量可以降低镀层磨损率。这是因为随着镀层中NA10含量增加，镀层中位错、孪晶及其他缺陷的数量增多，局部发生塑性变形的抗力增强，基体位错运动和变形受阻，从而在一定程度上提高了镀层的硬度和强度；另外，NA10，颗粒本身具有高强度、高硬度，且能在镀层中产生弥散效应而提高镀层的耐磨性能。由图5还可看出当镀液中纳米颗粒含量超过20GL时，继续增加其含量则使其以团聚形式沉积到镀层中，造成干摩擦时颗粒大面积脱落、镀层的耐磨性降低。热处理NIPA10复合镀层的耐磨性与硬度有关。当热处理温度为400OC，镀液NAI0，含量为20GL时，NIPA10，复合镀层的显微硬度最大、耐磨性能最佳。3结论1400热处理后NIPALO化学复合镀层达到稳态，稳定相是NINI3PNIOAI203。2复合镀层的硬度随热处理温度的升高而先增加后降低。3随着镀液中NA10，颗粒含量的增加，镀层的硬度和耐磨性均先增后减。4镀液中NA103颗粒含量为20GL，400热处理1H的镀层的显微硬度和耐磨性能最佳。参考文献1ALIREZAEIS，MONIRVAGHEFISM，SALEHIM，ETA1EFFECTOFALUMINACONTENTORSURFACEMORPHOLOGYANDHARDNESSOFNIPA1203OTELECTROLESSCOMPOSITECOATINGSJSURFACEANDCOATINGSTECHNOLOGY，2004LIREZAEIS，MONIRVAGHEFISM，SALEHIM，ETA1WEARBEHAVIOROFNIPANDNIPAI203ELECTROLESSCOATINGSJWEAR，2007，26239789853冯立明，王明，李成美A10，含量对NIP复合化学镀层结构及性能的影响J材料保护，2007，401L3154冯启蒙，崔春妮，刘志斌NIPAI20复合镀层性能的表征与测试J西安工业大学学报，2010，30148515张卫国，穆高林，姚素薇NIP纳米A1O，复合镀层的制备及其耐磨性能J有色金属，2008，60225286高诚辉热处理温度对FENIP非晶合金镀层显微硬度和耐磨性的影响J摩擦学学报，1997岩，郑志军，罗承萍等温退火对NIP、NIWP镀层的晶粒尺寸和显微硬度的影响J金属热处理，2005，307475O8李滨，李延祥热处理对NIP基镀层耐高温腐蚀磨损性的影响J洛阳工学院学报，2002，231228309范洪富，闫红娟，张翼，等热处理对钛基